UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE …dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/10386/1/UPS-GT001418.pdf · Amigos y amigas que aportaron con detalles considerables para el desarrollo

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍAS

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

TEMA:

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA

RED INDUSTRIAL MODBUS PARA EL CONTROL DE ACTUADORES

TRIFÁSICOS EN EL LABORATORIO DE FABRICACIÓN FLEXIBLE.

AUTORES:

JEFFERSON MARIO GALLEGOS RAMÍREZ

EDDY HARRY DELGADO GUERRERO

DIRECTOR:

ING. JORGE FARIÑO

Guayaquil, Marzo del 2015

II

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, Jefferson Mario Gallegos Ramírez, portador de cédula de identidad N°

091560133-0 y Eddy Harry Delgado Guerrero, portador de cédula de identidad N°

093015896-9 estudiantes de la Universidad Politécnica Salesiana declaramos que la

responsabilidad del contenido de esta tesis de grado, corresponde exclusivamente y es

propiedad intelectual de la Universidad Politécnica Salesiana.

Guayaquil, Marzo 2015.

Jefferson Mario Gallegos Ramírez Eddy Harry Delgado Guerrero.

CI: 0915601330 CI: 0930158969

III

DEDICATORIAS

A ti Dios padre todopoderoso por darme sabiduría y salud durante mi formación

académica, a mis padres por estar presentes durante mi crecimiento profesional con su

apoyo incondicional en todo este proceso, siendo ellos quienes me han guiado por el

camino del bien enseñándome a ser honrado y a esforzarme para alcanzar mis metas.

Jefferson Mario Gallegos Ramírez.

Dedico la finalización de mi carrera a mi madre por haberme hecho una persona

perseverante decidida dándome el ejemplo necesario para aprender a alcanzar mis

metas.

La dedico también a mi padre por haber estado siempre conmigo y brindarme sus

consejos en los momentos necesarios.

Eddy Harry Delgado Guerrero.

IV

AGRADECIMIENTO

A Dios por darme una familia grandiosa. Mis padres Waldo Gallegos e Inés Ramírez,

quienes me apoyaron incondicionalmente durante mi formación profesional, fruto de

su esfuerzo y sacrificio. A mis hermanas Jessica y Sara por su ayuda y consejos sabios

que supieron darme en su momento.

Amigos y amigas que aportaron con detalles considerables para el desarrollo de mi

tesis los cuales destaco a continuación: Alexander Constantine, Karen Pérez, entre

otros.

A los docentes que aportaron con sus conocimientos y experiencias durante mis

estudios superiores.

Jefferson Mario Gallegos Ramírez

V

AGRADECIMIENTO

Al culminar un arduo trabajo en la elaboración de mi tesis de graduación, es indudable

reconocer que no lo hubiera logrado sin la colaboración de personas que me han

facilitado su ayuda para la culminación de la misma. Por lo tanto, es muy grato para

mí poder dedicar este espacio para brindarles mis más sinceros agradecimientos.

Debo de agradecer en primer lugar a Dios por darme la perseverancia y paciencia para

seguir adelante y no darme por vencido cuando aparecían obstáculos en el camino. Por

guiarme siempre en mi vida estudiantil y ayudarme a alcanzar mis objetivos.

A mi madre Lidia María Guerrero Bajaña y a mi tía Jacqueline Guerrero por siempre

haberme inculcado buenos valores y a no darme por vencido sin intentarlo primero.

Por enseñarme a ser siempre humilde y ayudar a los demás sin esperar nada a cambio.

Por siempre tener las palabras exactas para darme el ánimo y fuerzas cuando más lo

necesitaba.

A mi padre Euro Delgado Salazar y mis hermanos por siempre confiar en mí y saber

que iba a lograr la obtención de mi título con excelencia como siempre lo he logrado

en mi vida estudiantil.

A mi director de tesis el Ing. Jorge Fariño por siempre haber brindado sus

conocimientos, aclarar nuestras dudas con respecto al tema y habernos ayudado a sacar

adelante nuestro tema de graduación.

A mis profesores por haber sido mi fuente de conocimientos. A mis compañeros

amigos, por la confianza puesta en mí por las palabras de ánimo para que no me dé por

vencido. Por su ayuda incondicional sin esperar nada a cambio y haber puesto su

granito de arena para ayudarme a alcanzar la obtención de mi título.

Eddy Harry Delgado Guerrero

VI

ÍNDICE GENERAL

INTRODUCCIÓN...................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1: EL PROBLEMA .............................................................................. 2

1.1 Planteamiento del problema. .................................................................................. 2

1.2 Delimitación del problema. .................................................................................... 3

1.3 Objetivos. ............................................................................................................... 3

1.3.1 Objetivo General ................................................................................................. 3

1.3.2 Objetivos Específicos. ......................................................................................... 3

1.4 Justificación............................................................................................................ 3

1.5 Hipótesis. ................................................................................................................ 4

1.6 Variables e Indicadores. ......................................................................................... 4

1.6.1 Variables. ............................................................................................................ 4

1.6.2 Indicadores. ......................................................................................................... 4

1.7 Metodología. .......................................................................................................... 5

1.7.1 Métodos ............................................................................................................... 5

1.7.1.1 Método Inductivo ............................................................................................. 5

1.7.1.2 Método Teórico y Sistemático. ........................................................................ 5

1.7. 2 Técnicas.............................................................................................................. 6

1.7. 2.1 Técnica Documental........................................................................................ 6

1.8 Población y Muestra. .............................................................................................. 6

1.8.1 Población ............................................................................................................. 6

1.8.2 Muestra ................................................................................................................ 6

1.9 Descripción de la propuesta ................................................................................... 7

1.10 Beneficiarios. ....................................................................................................... 8

1.11 Impacto. ................................................................................................................ 8

VII

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO. ....................................................................... 9

2.1 Controlador lógico programable ............................................................................ 9

2.1.1 Estructura de un PLC ........................................................................................ 10

2.1.2 Procesador ......................................................................................................... 10

2.1.3 Tareas principales.............................................................................................. 10

2.1.4 Memoria ............................................................................................................ 10

2.1.4.1 Tipos de memoria ........................................................................................... 11

2.1.4.2 La memoria de datos ...................................................................................... 11

2.1.4.3 Memoria del usuario ...................................................................................... 11

2.1.5 Dispositivos de entrada ..................................................................................... 12

2.1.6 Dispositivos de salida ........................................................................................ 13

2.1.7 Tipos de entradas............................................................................................... 13

2.1.7.1 Entradas Digitales .......................................................................................... 13

2.1.7.2 Entradas Analógicas ....................................................................................... 14

2.1.8 Campos de aplicación ....................................................................................... 14

2.1.9 Ventajas e Inconvenientes ................................................................................. 15

2.1.9.1 Ventajas .......................................................................................................... 15

2.1.9.2 Inconvenientes................................................................................................ 16

2.2 Controlador programable Twido. ......................................................................... 16

2.2.1 Lenguaje Twido ................................................................................................ 17

2.3 Controlador lógico programable Zelio ................................................................. 17

2.3.1 Campos de aplicación para la industria. ............................................................ 18

2.3.2 Zelio Soft ........................................................................................................... 18

2.3.2.1 Características ................................................................................................ 18

2.4 Introducción al protocolo Modbus. ...................................................................... 19

2.4.1 Comunicación Maestro-Esclavo en Modbus. ................................................... 20

2.4.2 Tipos de Modbus. .............................................................................................. 22

2.4.2.1 Modbus RTU .................................................................................................. 22

2.4.2.2 Modbus ASCII ............................................................................................... 23

2.4.2.3 Modbus TCP .................................................................................................. 24

2.4.3 Representación de datos Modbus. ..................................................................... 25

VIII

2.4.4 Estructura de tablas Modbus. ............................................................................ 25

2.4.4.1 Estructura de tablas de control ....................................................................... 26

2.4.4.2 Estructura de tablas (Emisión y Recepción) .................................................. 29

2.4.4.2.1 Referencias .................................................................................................. 29

2.4.4.2.2 Intercambio de mensajes ............................................................................. 30

2.4.4.3 Lectura de N bits para un máster Modbus. .................................................... 30

2.4.4.4 Lectura de N palabras para un máster Modbus. ............................................. 31

2.4.4.5 Escritura de un bit para un máster Modbus .................................................... 32

2.4.4.6 Escritura de una palabra para un máster Modbus .......................................... 33

2.4.4.7 Escritura de N bits para un máster Modbus ................................................... 34

2.4.4.8 Escritura de N palabras para un máster Modbus. ........................................... 35

2.5 Transformador ...................................................................................................... 36

2.6 Motor eléctrico trifásico ....................................................................................... 36

2.6.1 Partes y funcionamiento del motor eléctrico trifásico....................................... 37

2.6.2 Tipos y características del motor eléctrico trifásico .......................................... 38

2.6.3 Principio de funcionamiento del motor eléctrico trifásico ................................ 38

2.7 Variador de frecuencia ......................................................................................... 39

2.7.1 Principio de funcionamiento del variador de frecuencia................................... 40

2.8 Disyuntor .............................................................................................................. 41

2.8.1 Tipos de disyuntores ......................................................................................... 42

2.9 Guarda-motor ....................................................................................................... 42

2.10 Luces indicadoras ............................................................................................... 43

2.11 Pulsadores y selectores ....................................................................................... 44

CAPÍTULO 3: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO .............. 45

3.1. Antecedentes. ...................................................................................................... 45

3.2 Equipos de los módulos didácticos. ..................................................................... 45

3.3 Maletas de Polietileno. ......................................................................................... 46

3.4 Fabricación de base metálica para montaje de equipos. ...................................... 47

IX

3.5 Montaje de base metálica y equipos en la maleta. ............................................... 49

3.6 Montaje de canaletas y prensas estopas. .............................................................. 51

3.7 Colocación de fuente de alimentación DC y repartidores de carga. .................... 52

3.8 Instalación de luces indicadoras, pulsadores, selectores y stop de emergencia. .. 53

3.9 Cableado de equipos y elementos instalados. ...................................................... 54

3.10 Etiquetados de cables de los equipos instalados. ............................................... 54

3.11 Cableado de equipos de control. ........................................................................ 55

3.12 Instalación del soporte de control y visualización. ............................................ 56

3.13 Conexión del variador de frecuencia.................................................................. 57

3.13.1 Conexión de motor .......................................................................................... 57

3.14 Conexión del transformador. .............................................................................. 58

3.15 Instalación del adaptador de red. ........................................................................ 58

3.16 Maletas terminadas para realizar pruebas de comunicación. ............................. 60

3.17 Configuración de software Twido Suite ............................................................ 60

3.17.1 Creación de un proyecto en Twido Suite ........................................................ 61

3.17.2 Descripción del producto ................................................................................ 62

3.17.3 Selección del adaptador serie. ......................................................................... 63

3.17.4 Selección del módulo reloj .............................................................................. 64

3.17.5 Configuración de elementos Modbus.............................................................. 64

3.17.6 Configuración de red Modbus. ........................................................................ 65

3.17.7 Programación en Ladder. ................................................................................ 66

3.17.8 Configuración del software Zelio Soft ............................................................ 67

3.17.9 Configuración del módulo Zelio. .................................................................... 67

3.17.10 Configuración del tipo de programación....................................................... 68

CAPÍTULO 4: DESARROLLO DE LAS PRÁCTICAS. ..................................... 70

4.1 Práctica 1: Lectura y escritura de palabras desde un PLC Twido (Máster) hacia

un PLC Zelio (Esclavo). ............................................................................................. 70

X

4.1.1 Objetivos ........................................................................................................... 70

4.1.2 Descripción de la práctica ................................................................................. 70

4.1.3 Desarrollo de la práctica.................................................................................... 70

4.2 Práctica 2: Comunicación PLC Twido (Máster) y Variador ATV312 (Esclavo) se

realiza una aplicación con inversión de giro de un motor. ......................................... 79

4.2.1 Objetivos ........................................................................................................... 79

4.2.2 Descripción de la práctica. ................................................................................ 79


4.3 Práctica 3: Escritura de palabras desde PLC Twido (Máster) hacia un PLC Twido

(Esclavo) para la activación de una secuencia de luces. ............................................ 85

4.3.1 Objetivos ........................................................................................................... 85



4.4 Práctica 4: Escritura y lectura de palabras, bits desde PLC Twido (Máster) hacia

PLC Zelio (Esclavo) y Variador de Frecuencia (Esclavo). ........................................ 93

4.4.1 Objetivos ........................................................................................................... 93



4.5 Práctica 5: Escritura y lectura de palabras, bits desde PLC Twido (Máster) hacia

los esclavos PLC Twido, 2 PLC Zelio, 2 Variadores de Frecuencia. ........................ 99

4.5.1 Objetivos. .......................................................................................................... 99



CONCLUSIONES .................................................................................................. 117

RECOMENDACIONES ........................................................................................ 118

CRONOGRAMA ................................................................................................... 119

PRESUPUESTO ..................................................................................................... 120

REFERENCIAS ..................................................................................................... 121

ANEXOS ................................................................................................................. 123

XI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Población de estudiantes de Ingeniería Electrónica ....................................... 6

Tabla 2 Bloques de memoria para Modbus ............................................................... 25

Tabla 3 Estructura de tabla Modbus .......................................................................... 25

Tabla 4 Estructura de tabla de control 1 .................................................................... 26




Tabla 8 Tabla para lectura de N bits. ........................................................................ 30

Tabla 9 Tabla para lectura de N palabras. ................................................................. 31

Tabla 10 Tabla para escritura de un bit. .................................................................... 32

Tabla 11 Tabla para escritura de una palabra. ........................................................... 33

Tabla 12 Tabla para escritura N bits. ........................................................................ 34

Tabla 13 Tabla para escritura N palabras. ................................................................. 35

Tabla 14 Equipos utilizados en maleta didáctica. ..................................................... 46

XII

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Gráfico estadístico de la población específica para la investigación......... 7

Figura 2.1 Controlador lógico programable.……... .................................................... 9

Figura 2.2 Registro de tabla en la unidad de procesamiento .................................... 11

Figura 2.3 Entradas y salidas de un PLC. ................................................................. 12

Figura 2.4 Señales digitales binarias ON-OFF. ........................................................ 13

Figura 2.5 Señales analógicas. .................................................................................. 14

Figura 2.6 Controlador lógico programable Twido. ................................................. 16

Figura 2.7 Relé inteligente Zelio Logic .................................................................... 18

Figura 2.8 Protocolo Modbus.................................................................................... 19

Figura 2.9 Arquitectura Modbus. .............................................................................. 21

Figura 2.10 Formato de las tramas Modbus Serie. ................................................... 22

Figura 2.11 Formato de las tramas Modbus Serie .................................................... 23

Figura 2.12 Encapsulado de un mensaje en una trama TCP. .................................... 24

Figura 2.13 Aspecto físico de un transformador. ...................................................... 36

Figura 2.14 Motor trifásico y sus partes. .................................................................. 37

Figura 2.15 Pequeña unidad de variación de frecuencia. .......................................... 40

Figura 2.16 Un disyuntor magneto térmico monofásico bipolar. ............................. 41

Figura 2.17 Guarda-motor......................................................................................... 43

Figura 2.18 Indicadores industriales ......................................................................... 44

Figura 2.19 Pulsadores y selectores industriales. ...................................................... 44

Figura 3.1 Esquema de maletas didácticas................................................................ 45

Figura 3.2 Maleta Gator GRR-10L ........................................................................... 46

Figura 3.3 Estado físico de la maleta. ....................................................................... 47

Figura 3.4 Base metálica. .......................................................................................... 47

XIII

Figura 3.5 Soporte de pulsadores y luces piloto. ...................................................... 48

Figura 3.6 Pintado de base metálica.......................................................................... 48

Figura 3.7 Montaje de base y equipos....................................................................... 49

Figura 3.8 Base metálica con riel Din. ...................................................................... 50

Figura 3.9 Ubicación de equipos en la base. ............................................................. 50

Figura 3.10 Instalación de canaletas. ........................................................................ 51

Figura 3.11 Perforaciones para prensas estopas........................................................ 52

Figura 3.12 Instalación de prensas estopas. .............................................................. 52

Figura 3.13 Instalación de fuente de poder. .............................................................. 53

Figura 3.14 Soporte con pulsadores y luces. ............................................................. 53

Figura 3.15 Cableado de pulsadores y luces. ............................................................ 54

Figura 3.16 Etiquetado de los conductores. .............................................................. 55

Figura 3.17 Cableado de equipos de control. ............................................................ 55

Figura 3.18 Ensamblaje del soporte de pulsadores y luces. ...................................... 56

Figura 3.19 Conexión del variador de frecuencia. .................................................... 57

Figura 3.20 Conexión del motor con el variador ...................................................... 58

Figura 3.21 Instalación del transformador 120 a 240 V. .......................................... 58

Figura 3.22 Instalación del adaptador de red. ........................................................... 59

Figura 3.23 Adaptador de red instalado. ................................................................... 59

Figura 3.24 Módulos didácticos terminados. ............................................................ 60

Figura 3.25 Programación en software TwidoSuite.................................................. 61

Figura 3.26 Crear nuevo proyecto en TwidoSuite. ................................................... 61

Figura 3.27 Información del proyecto....................................................................... 62

Figura 3.28 Selección del producto a utilizar en la programación. ........................... 62

Figura 3.29 Selección del modelo de PLC. ............................................................... 63

XIV

Figura 3.30 Adaptador serie. ..................................................................................... 63

Figura 3.31 Tarjeta reloj PLC. .................................................................................. 64

Figura 3.32 Elementos Modbus. ............................................................................... 64

Figura 3.33 Configuración de elemento Modbus...................................................... 65

Figura 3.34 Configuración de red Modbus ............................................................... 65

Figura 3.35 Configuración completa del autómata programable. ............................. 66

Figura 3.36 Programación de encendido de una bobina. .......................................... 66

Figura 3.37 Creación de programa. ........................................................................... 67

Figura 3.38 Selección del modulo Zelio ................................................................... 68

Figura 3.39 Selección del tipo de programación Zelio ............................................. 68

Figura 3.40 Programación Set y Reset ...................................................................... 69

Figura 3.41 Simulación del programa ....................................................................... 69

Figura 4.1 Configuración de PLC y elemento Modbus. ........................................... 70

Figura 4.2 Programa de marcha y paro general ........................................................ 71

Figura 4.3 Bloqueo de inicio de marcha de la secuencia .......................................... 71

Figura 4.4 Reset de secuencia de salidas. ................................................................. 71

Figura 4.5 Activación de marca M4 para el bloque de secuencia. ............................ 72

Figura 4.6 Inicialización del Temporizador 1 ........................................................... 72

Figura 4.7 Desactivación de salida Q0.1 y M3. ........................................................ 72

Figura 4.8 Inicialización del Temporizador 2 ........................................................... 73

Figura 4.9 Desactivación de la salida Q0.2 ............................................................... 73

Figura 4.10 Inicialización del Temporizador 3 ......................................................... 73

Figura 4.11 Reset de la salida Q0.3 .......................................................................... 74

Figura 4.12 Inicialización del Temporizador 4 ......................................................... 74

Figura 4.13 Reset de la salida M0 ............................................................................. 74

XV

Figura 4.14 Inicialización del Temporizador 5 y Reset de la marca M1. ................. 75

Figura 4.15 Inicialización del Temporizador 6 y Reset de la marca M2. ................. 75

Figura 4.16 Escritura de bits en PLC Zelio ............................................................... 76

Figura 4.17 Configuración de parámetros de los Temporizadores. .......................... 77

Figura 4.18 Asignación de tiempo a los Temporizadores. ........................................ 77

Figura 4.19 Escritura de bits en PLC Zelio. .............................................................. 78

Figura 4.20 Lectura de palabras en PLC Zelio. ........................................................ 78

Figura 4.21 Generación de frecuencia en el programa Zelio Soft. ........................... 79

Figura 4.22 Configuración de PLC y elemento Modbus. ......................................... 80

Figura 4.23 Configuración de los parámetros Macros Drive. ................................... 81

Figura 4.24 Escritura de palabras y bits en el Variador. ........................................... 81

Figura 4.25 Activación de secuencia automática. ..................................................... 82

Figura 4.26 Tiempo de parada automática. ............................................................... 82

Figura 4.27 Programación de parada del motor. ....................................................... 82

Figura 4.28 Tiempo de espera para la inversión de giro. .......................................... 83

Figura 4.29 Marcha del motor en sentido contrario .................................................. 83

Figura 4.30 Programación de tiempo de parada automática. .................................... 83

Figura 4.31 Reinicio de secuencia ............................................................................ 84

Figura 4.32 Reset de marcas del programa ............................................................... 84

Figura 4.33 Configuración de PLC y elemento Modbus. ......................................... 85

Figura 4.34 Activación de indicadores en Twido (Maestro). ................................... 86

Figura 4.35 Programación de tiempo de espera en el Temporizador. ....................... 86

Figura 4.36 Desactivación salida Q0.1 y activación de conteo de tiempo de

espera.......................................................................................................................... 87

Figura 4.37 Desactivación salida Q0.2 y activación del Temporizador 3. ............... 87

XVI

Figura 4.38 Activación de indicadores en Twido (Esclavo). .................................... 88

Figura 4.39 Desactivación de salida M0 e inicio de conteo del Temporizador 5. .... 88

Figura 4.40 Desactivación de salida Q0.2 del Twido (Esclavo) e inicio de conteo del

Temporizador 6. ......................................................................................................... 89

Figura 4.41 Configuración de parámetros de los Temporizadores. .......................... 90

Figura 4.42 Tabla de escritura de bits en PLC Twido (Esclavo). ............................. 90

Figura 4.43 Asignación de tiempo a los Temporizadores. ........................................ 91

Figura 4.44 Lectura de palabras en PLC Twido (Esclavo). ...................................... 91

Figura 4.45 Activación de marca M4 para el bloque de secuencia ........................... 92

Figura 4.46 Reset de todas las marcas del programa. ............................................... 92

Figura 4.47 Setpoint de Generación de Frecuencia. ................................................. 92

Figura 4.48 Descripción de modelo de PLC y elementos Modbus. .......................... 93

Figura 4.49 Configuración de los parámetros Macros Drive .................................... 94

Figura 4.50 Escritura de palabras y bits en el variador. ............................................ 95

Figura 4.51 Marcha y paro del motor. ...................................................................... 95

Figura 4.52 Lectura de palabras en PLC Zelio. ........................................................ 96

Figura 4.53 Marcha, Paro y conversión de palabras a bits. ...................................... 97

Figura 4.54 Generación de Frecuencia automática. .................................................. 98

Figura 4.55 Descripción de PLC y elementos Modbus. ......................................... 100

Figura 4.56 Activación de indicadores en PLC Twido (Maestro). ......................... 100

Figura 4.57 Desactivación de salida y activación del Temporizador 2. ................. 101





XVII




Figura 4.65 Desactivación de salida y activación del Temporizador 10. ............... 104

Figura 4.66 Desactivación de salida y activación del Temporizador 11 ................ 105

Figura 4.67 Desactivación de salida y activación del Temporizador 12. ............... 105

Figura 4.68 Bits que se escriben en Twido (Esclavo). ............................................ 106

Figura 4.69 Configuración de parámetros de los Temporizadores. ........................ 107

Figura 4.70 Asignación de tiempo a los Temporizadores. ...................................... 108

Figura 4.71 Configuración de los parámetros Macros Drive .................................. 109

Figura 4.72 Escritura de palabras y bits en el Variador 1. ...................................... 109

Figura 4.73 Escritura de palabras y bits en el Variador 2. ...................................... 110

Figura 4.74 Tabla de escritura de bits en PLC Zelio 1. .......................................... 110

Figura 4.75 Tabla de escritura de bits en PLC Zelio 2. .......................................... 111

Figura 4.76 Tabla de escritura de bits en PLC Twido (Esclavo). ........................... 111

Figura 4.77 Gestión de envío de datos de escritura de un bit. ................................ 112

Figura 4.78 Gestión de envío de datos de lectura de palabras. ............................... 112

Figura 4.79 Gestión de envío de datos de escritura de un bit Zelio 2. .................... 112

Figura 4.80 Gestión de envío de datos de escritura de un bit Twido (Esclavo)...... 113

Figura 4.81 Setpoints de Variador de Frecuencia. .................................................. 113

Figura 4.82 Paro de secuencia, reset de salidas y marcas. ...................................... 114

Figura 4.83 Bloqueo de entrada I0.1. ...................................................................... 114

Figura 4.84 Comparación de tiempos de setpoints. ................................................ 115

Figura 4.85 Conversión de palabra a bit en Zelio Soft. .......................................... 115

Figura 4.86 Codificación de temporizadores para variación de velocidad………..116

XVIII

ABSTRACT

AÑO ALUMNO

DIRECTOR

DE TESIS

TEMA DE

TESIS

2015

Gallegos

Ramírez

Jefferson

Mario

Ing. Jorge

Fariño

Diseño e

implementación

de una

red industrial

Modbus para el

control de

actuadores

trifásicos en el

laboratorio de

fabricación

flexible.

Delgado

Guerrero

Eddy

Harry

El siguiente trabajo de investigación consiste en el diseño e implementación de dos

módulos de entrenamiento compactos, los cuales están dotado de un autómata

compacto Twido como Maestro, un relé inteligente Zelio Logic y un Variador de

Frecuencia como esclavos, también contiene pulsadores, selectores y actuadores

necesarios para establecer una red industrial con sus respectivos módulos. Los equipos

de campo son convencionales de la marca Schneider Electric, para la demostración de

las múltiples alternativas de enlace en la red industrial. La conexión de la red está

basada específicamente en el Protocolo Modbus RTU que utiliza la arquitectura

maestro - esclavo para el intercambio de mensajes, por medio del envío y recepción

de señales discretas.

La investigación desarrollada es dirigida especialmente a los estudiantes de la

Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, que manipularán los módulos para

realizar prácticas y simulaciones con equipos industriales de diferentes estándares, que

son muy utilizados en el campo laboral, permitiendo familiarizarse con el protocolo

Modbus RTU y la arquitectura maestro – esclavo, mediante la transmisión y recepción

de datos con bloques de función, este trabajo permitirá a los estudiantes la adquisición

de experiencia en la parte académica y laboral, para solucionar varios problemas que

se presentan en las industrias.

PALABRAS CLAVES: Diseño, implementación, protocolo Modbus, transmisión,

recepción y adquisición de datos, módulo de entrenamiento.

XIX

ABSTRACT

YEAR AUTHORS ADVISOR TITLE

2015

Gallegos

Ramírez

Jefferson

Mario

Ing. Jorge

Fariño

Design and

implementation of

a Modbus

industrial

network for

controlling

actuators three

phase in the

laboratory

flexible

manufacturing.

Delgado

Guerrero

Eddy

Harry

This research involves the design and implementation of two compact training

modules, which are provided with a compact Twido as Master, a Zelio Logic smart

relay and a drive frequency as slaves, also contains buttons, switches and actuators to

establish an industrial network with their respective modules. Field teams are

conventional Schneider Electric brand, for the demonstration of multiple alternatives

in the industrial network link. The network connection is based specifically on the

Modbus RTU protocol that uses the architecture master - slave to exchange messages

by sending and receiving discrete signals.

The work is particularly aimed at students of the Polytechnic University Salesiana

located on Guayaquil, which handled the modules for practice and simulations with

industrial equipment of different standards, which are widely used in the workplace.

Allows them to become familiar with the Modbus RTU protocol and architecture

master-slave by transmitting and receiving data with function blocks, this thesis will

can students to gain experience in academic and professional, to solve various

problems that currently happen in a lot industries.

KEYWORDS: Design, implementation, Modbus protocol, transmission, reception

and data acquisition, training module.

1

INTRODUCCIÓN

El siguiente proyecto consiste en diseñar e implementar dos módulos de

entrenamiento portátil tipo maleta para realizar prácticas de comunicación Modbus, el

mismo que contiene controladores lógicos programables, variador de frecuencia,

motor trifásico, pulsadores y luces indicadoras.

El objetivo principal de estas maletas de entrenamiento es facilitar el aprendizaje y

reforzar los conceptos de las materias como: circuitos industriales, automatismo,

permitiendo interactuar en forma física y virtual con diferentes prácticas relacionadas

con procesos industriales.

En el Capítulo 1 se detallan todos los hechos preliminares, tales como, el

planteamiento del problema, delimitación, objetivos, justificación, beneficiarios,

metodología, variables e indicadores, hipótesis y un resumen de la propuesta de

intervención.

En el Capítulo 2 se especifica el marco teórico sobre los elementos más importantes

de este proyecto para brindar al lector una mejor comprensión de los elementos y

equipos industriales aplicados en la parte académica y reforzando varios conceptos

que son utilizados para la implementación del proyecto, teniendo con esto un material

de consulta para el desarrollo de este trabajo.

En el Capítulo 3 se especifican todos los parámetros, normas y pasos necesarios para

el diseño y construcción de los módulos de entrenamiento.

En el Capítulo 4 se detallan los tutoriales de las prácticas en las cuales los usuarios de

los módulos didácticos podrán explotar todas sus características para poder desarrollar

nuevas prácticas de laboratorio basados en el protocolo de comunicación Modbus.

2

CAPÍTULO 1: EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema

Actualmente el laboratorio de fabricación flexible del bloque B de la Universidad

Politécnica Salesiana Sede Guayaquil (UPSSG), carecen de maletas de entrenamiento

de comunicación industrial, se propuso diseñar e implementar dos módulos de

entrenamiento portátil tipo maleta para el laboratorio, que permitirá a los estudiantes

realizar prácticas y solucionar varios de los problemas industriales al adaptar la

diversidad de equipos de diferentes estándares que se encuentran en el mercado con el

protocolo Modbus.

En los laboratorios de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil constan

de pocas marcas de equipos de automatización para las prácticas de laboratorios, los

mismos que no pueden ser integrados con otras marcas y comunicarlos en una red

industrial debido a la falta de un módulo de comunicación, con el protocolo Modbus

nos permite integrar un sistema conformado por varios dispositivos y equipos de

automatización industrial independientemente de la marca que estos fueran.

La implementación de sistemas automatizados de control, son cada vez más exigidas

al momento de realizar mejoras en los procesos industriales, ya que se obtiene una

mayor calidad y rapidez de trabajo con una variedad de beneficios. Dada la creciente

demanda de mejoras en los procesos industriales, se han tenido que implementar más

protocolos de control de comunicación.

Actualmente existen diversos protocolos de comunicación industrial disponibles en el

medio, que al momento de hacer la selección más idónea, para la integración de

diferentes procesos en una planta industrial resulta complejo, debido a la falta de

estandarización por parte de las empresas; así como también prácticas técnicas con

estos protocolos durante la formación académica de los estudiantes de Ingeniería

Electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana, las mismas que influyen en la

toma de decisiones técnicas, al momento de implementar una red industrial en una

3

determinada planta con equipos no estandarizados haciendo un poco más complejo el

trabajo.

1.2 Delimitación del problema

La implementación de las maletas de entrenamiento se realizó en la Universidad

Politécnica Salesiana Sede Guayaquil en el laboratorio de fabricación flexible en el

periodo de octubre del 2014 a marzo del 2015.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Diseñar e implementar dos maletas de entrenamiento compactas, que posean

controladores lógicos programables, módulos de comunicación serial, pulsadores,

selectores y actuadores necesarios para establecer una red industrial con arquitectura

maestro-esclavo o cliente-servidor, utilizando el protocolo de comunicación Modbus.

1.3.2 Objetivos Específicos

● Construir y equipar dos maletas de entrenamiento con autómatas, relés

inteligentes, variadores de frecuencia y motores asíncronos como actuadores.

● Instalar los elementos de campo, tales como: pulsadores, selectores, guarda

motores, disyuntores y luces indicadoras.

● Implementar una comunicación entre los diferentes equipos mediante el

protocolo Modbus.

● Configurar los respectivos envíos y recepción de datos, a través de la red

industrial Modbus.

● Realizar 5 prácticas referentes a la programación, configuración y

comunicación de equipos dentro de una red industrial Modbus.

1.4 Justificación

En la actualidad el control de procesos en industrias tiene una demanda del manejo

versátil de diferentes equipos existentes en el campo laboral, es por eso, que la

adquisición de las maletas de entrenamiento para el laboratorio de fabricación flexible

ayudará a la captación de experiencia en el desarrollo de nuevos proyectos de

4

automatización utilizando el protocolo Modbus. Permitiendo familiarizarse con la

arquitectura maestro-esclavo o cliente-servidor, utilizando bloques de funciones para

el envío y recepción de datos haciendo mucho más sencilla la comunicación entre

equipos de diferentes estándares.

El proyecto permitirá emplear los conocimientos adquiridos para el desarrollo de

varias prácticas didácticas de simulación para el estudio de un protocolo de

comunicación industrial entre diversos equipos al tener una comunicación maestro-

esclavo.

1.5 Hipótesis

El autómata Twido será capaz de mantener una comunicación continua con los

diversos equipos que se utilizan en la red industrial que se va a implementar.

Este autómata realizará la comunicación entre los equipos a una velocidad constante

de 19200 baudios, el protocolo Modbus permite realizar una comunicación de lectura

o escritura con 2 o más equipos (hasta 247 esclavos).

1.6 Variables e Indicadores

1.6.1 Variables

● Señales discretas, selectores, pulsadores, luces indicadoras, guarda-motores.

● Señales Digitales

● Comunicación de datos.

1.6.2 Indicadores

● Señal discreta: Por medio de la visualización de luces indicadoras.

● Señal análoga: Por medio de la pantalla del variador.

● Registros Modbus: Por medio del software de programación.

5

1.7 Metodología

1.7.1 Métodos

1.7.1.1 Método Inductivo

Se aplica este método ya que la unión de varios conocimientos de las materias

Automatismo I y II, Circuitos industriales y Circuitos eléctricos industriales permitirán

construir las maletas de entrenamiento.

Estas maletas de entrenamiento podrán ser utilizadas en las diferentes materias

impartidas que tengan como herramienta el estudio de los controladores lógicos

programables en la Universidad Politécnica Salesiana de Guayaquil.

En este módulo se aplicará el análisis y verificación de la transferencia datos e

información en cada práctica con el protocolo Modbus.

1.7.1.2 Método Teórico y Sistemático

Para la elaboración y cumplimiento del proyecto lo primero que se realizó es el

levantamiento de la información como son:

- Funcionamiento del PLC Twido.

- Funcionamiento del PLC Zelio

- Funcionamiento de un variador de frecuencia.

- Software a utilizar licenciados.

- Búsqueda de información en sitios web.

- Consulta de información referente al tema en textos de ayuda e internet.

- Buscar en el mercado proveedores de equipos industriales.

- Consultas sobre el tema con ingenieros docentes de la universidad.

- Tiempo en obtener las partes a utilizar lo cual prolongo la culminación del

proyecto.

Todos estos puntos fueron de mucha importancia dentro del levantamiento de la

información ya que a más de un tema de tesis, era un reto a realizar; sin mencionar los

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problemas de índole personal que generalmente no se estiman dentro de una

planificación.

1.7.2 Técnicas

1.7.2.1 Técnica Documental

Utilizamos esta técnica por la recopilación de información para enunciar las teorías

que sustentan el estudio de nuestro proyecto a implementar basados en bibliografías

de libros o paginas encontradas en la web.

1.8 Población y Muestra

1.8.1 Población

La población son los estudiantes que están cursando la carrera de Ingeniería

Electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana que escogen las materias

impartidas de control y automatización de PLC en el laboratorio de fabricación

flexible.

1.8.2 Muestra

Como muestra se escoge a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Electrónica que

escogen la materia Automatismo II, dada en séptimo semestre ya que dentro del

contenido académico estudian los protocolos de comunicación industrial.

Tabla 1 Población de estudiantes de Ingeniería Electrónica

Descripción Cantidad

Estudiantes de la materia de automatismo I 30

Estudiantes de la materia de automatismo II 35

Estudiantes de la materia de circuitos

eléctricos I

25

Total 90

Nota: En la tabla 1 se muestra el resultado de estudiantes beneficiados.

Fuente Los autores

7

Figura 1.1 Gráfico estadístico de la población específica para la investigación.

Fuente Los autores

La siguiente gráfica está divida en 3 secciones que nos indica el porcentaje de la

población de estudiantes en las distintas materias que estudiarán los protocolos de

comunicación industrial.

1.9 Descripción de la propuesta

Se implementaron dos maletas didácticas las mismas que servirán para el aprendizaje

de la comunicación de equipos industriales mediante el protocolo Modbus. Las

maletas didácticas constan de componentes como: autómata (Maestro), relé inteligente

(Esclavo), un variador de frecuencia (Esclavo), pulsadores, selectores, luces

indicadoras, y un motor trifásico (actuador).

También constan de un transformador de 120 a 240 VAC para la alimentación del

variador de frecuencia, una fuente de 24VDC para la alimentación del relé inteligente,

33%

39%

28%

0%

Estudiantes

Estudiantes de la materiaautomatismo I

Estudiantes de la materiaautomatismo II

Estudiantes de la materiaCircuitos electricosindustriales

8

pulsadores, selectores y luces indicadoras. Cada maleta con sus respectivas

protecciones para los equipos como: disyuntores, guarda-motor y un pulsador tipo

hongo de paro de emergencia que desconecta la alimentación principal de la maleta

didáctica.

1.10 Beneficiarios

Los beneficiarios de las maletas de didácticas serán los estudiantes de la carrera de

Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana de ciclos superiores a

quinto semestre.

1.11 Impacto

El proyecto es dirigido especialmente a los estudiantes que manipularán los equipos

para prácticas y adquisición de experiencias académicas, al hacer simulaciones con

equipos industriales de diferentes estándares que son muy utilizados en el campo

laboral, permitiendo familiarizarse con el protocolo Modbus y la arquitectura maestro

- esclavo, utilizando transmisión y recepción de datos para su comunicación.

9

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

2.1 Controlador lógico programable

El PLC es un dispositivo digital electrónico con una memoria programable para el

almacenamiento de instrucciones, permitiendo la implementación de funciones

específicas como pueden ser: lógicas, secuenciales, temporizadas, de conteo y

aritméticas; con el objeto de controlar máquinas y procesos. (Moreno, 2011)

Figura 2.1 Controlador lógico programable.

Fuente Siemens, (2010)

También se puede definir como un equipo electrónico, el cual realiza la ejecución de

un programa de forma cíclica. La ejecución del programa puede ser interrumpida

momentáneamente para realizar otras tareas consideradas más prioritarias, pero el

aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del programa principal.

(Moreno, 2011)

Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisión y la

acción deben ser tomadas en forma muy rápida, para responder en tiempo real. Los

PLC son utilizados donde se requieran tanto controles lógicos como secuenciales o

ambos a la vez. (Moreno, 2011)

10

2.1.1 Estructura de un PLC

Un PLC tiene una estructura básica que está compuesta por:

• La CPU.

• Las interfaces de entradas.

• Las interfaces de salidas.

2.1.2 Procesador

Es el responsable de la ejecución del programa desarrollado por el usuario, es el

cerebro del PLC.

2.1.3 Tareas principales

• Ejecutar el programa realizado por el usuario.

• Administración de la comunicación entre el dispositivo de programación y la

memoria, entre el microprocesador y los bornes de entrada / salida.

• Ejecutar los programas de auto-diagnósticos.

Para poder realizar todas estas tareas, el procesador necesita un programa escrito por

el fabricante, llamado sistema operativo.

Este programa no es accesible por el usuario y se encuentra grabado en una memoria

que no pierde la información ante la ausencia de alimentación, es decir, en una

memoria no volátil. (Moreno, 2011)

2.1.4 Memoria

(Moreno, 2011); Explica que las memorias tienen que ser capaces de almacenar y

retirar información, para ello cuentan con memorias. Las memorias son miles de

cientos de localizaciones donde la información puede ser almacenada. Estas

localizaciones están muy bien organizadas.

Tanto el sistema operativo como el programa de aplicación, las tablas o registros de

entradas / salidas y los registros de variables o bits internos están asociados a distintos

tipos de memoria.

La capacidad de almacenamiento de una memoria suele cuantificarse en bits, bytes

(grupo de 8 bits), o Word (grupo de 16 bits)

11

2.1.4.1 Tipos de memoria

2.1.4.2 La memoria de datos

(Moreno, 2011); Indica que la memoria de datos o también llamada tabla de registros,

se utiliza tanto para grabar datos necesarios los fines de la ejecución del programa,

como para almacenar datos durante su ejecución y/o retenerlos luego de haber

terminado la aplicación. Este tipo de memorias contiene la información sobre el estado

presente de los dispositivos de entrada y salida. Si un cambio ocurre en los dispositivos

de entrada o salida, ese cambio será registrado inmediatamente en esta memoria. En

resumen, esta memoria es capaz de guardar información originada en el

microprocesador incluyendo: tiempos, unidades de conteo y relés internos.

Figura 2.2 Registro de tabla en la unidad de procesamiento.

Fuente Moreno, (2011)

2.1.4.3 Memoria del usuario

(Moreno, 2011); Menciona que la memoria es utilizada para guardar el programa. El

programa construido por el usuario debe permanecer estable durante el

funcionamiento del equipo, además debe ser fácil de leer, escribir o borrar. Por esta

razón se usa para su almacenamiento, memorias tipo RAM o EEPROM. A estas

memorias se las llama memoria del usuario o memoria de programa.

12

En el caso de usar memorias tipo RAM será necesario también el uso de pilas, ya que

este tipo de memoria se borra con la ausencia de alimentación. En el caso de usar

memorias EEPROM la información no se pierde al quitar la alimentación.

Figura 2.3 Entradas y salidas de un PLC.


2.1.5 Dispositivos de entrada

(Moreno, 2011); Explica que los dispositivos de entrada y salida son aquellos equipos

que intercambian (o envían) señales con el PLC.

Cada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condición particular de su

entorno, como temperatura, presión, posición, entre otras.

Entre estos dispositivos podemos encontrar:

Sensores inductivos magnéticos,

Sensores ópticos,

Pulsadores,

Termocuplas,

Termo resistencias,

Encoders.

13

2.1.6 Dispositivos de salida

Los dispositivos de salida son aquellos que responden a las señales que reciben del

PLC, cambiando o modificando su entorno. Entre los dispositivos típicos de salida

podemos hallar:

• Contactores de motor,

• Electroválvulas,

• Indicadores luminosos o simples relés.

Generalmente los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan

en diferentes niveles de tensión y corriente. En este caso las señales que ingresan y

salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el

microprocesador, para que éste las pueda reconocer. Ésta es la tarea de las interfaces

módulos de entrada o salida. (Moreno, 2011)

2.1.7 Tipos de entradas

2.1.7.1 Entradas Digitales

Las entradas digitales también llamadas binarias u “on-off”, son las que pueden tomar

sólo dos estados: encendido o apagado, estado lógico 1 ó 0. Los módulos de entradas

digitales trabajan con señales de tensión. Cuando por un borne de entrada llega tensión,

se interpreta como “1” y cuando llega cero tensiones se interpreta como “0”. Existen

módulos o interfaces de entradas de corriente continua para tensiones de 5, 12, 24 o

48 Vdc y otros para tensión de 110 o 220 Vac. (Moreno, 2011)

Figura 2.4 Señales digitales binarias ON-OFF.


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2.1.7.2 Entradas Analógicas

Las entradas analógicas son aquellas que admiten como señal de entrada valores de

tensión o corriente intermedios dentro de un rango, que puede ser de 4-20 mA, 0 – 5

Vdc ó 0 - 10 Vdc, convirtiéndola en un número. Este número es guardado en una

posición de la memoria del PLC.

Los módulos de entradas analógicas son los encargados de traducir una señal de

tensión o corriente proveniente de un sensor de temperatura, velocidad, aceleración,

presión, posición, o cualquier otra magnitud física que se quiera medir en un número

para que el PLC la pueda interpretar. En particular es el conversor analógico digital

(A/D) es el encargado de realizar esta tarea.

Una entrada analógica con un conversor A/D de 8 bits podrá dividir el rango de la

señal de entrada en 256 valores (2 8). (Moreno, 2011)

Figura 2.5 Señales analógicas.


2.1.8 Campos de aplicación

(Moreno, 2011); Dice que el PLC por sus especiales características de diseño tiene un

campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software

amplía constantemente este campo, para poder satisfacer las necesidades que se

detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario

un proceso de maniobra, control y señalización. Por tanto, su aplicación abarca desde

procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales,

o control de instalaciones, entre otras. Sus reducidas dimensiones, la extremada

facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y

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rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, hace que su eficacia se

aprecie principalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

• Espacio reducido

• Procesos de producción periódicamente cambiantes

• Procesos secuenciales

• Maquinaria de procesos variables

• Instalaciones de procesos complejos y amplios

• Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

2.1.9 Ventajas e Inconvenientes

Se sabe que no todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica

cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el

mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales

consideraciones obligan a referirse a las ventajas que proporciona un autómata de tipo

medio.

2.1.9.1 Ventajas

• Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos, debido a que no es necesario

dibujar previamente el esquema de contactos, es preciso simplificar las ecuaciones

lógicas, ya que por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria

es lo suficientemente grande.

• La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto

correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes

proveedores, distintos plazos de entrega.

• Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.

• Mínimo espacio del tablero donde se instala el autómata programable.

• Menor costo de mano de obra de la instalación.

• Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.

• Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el

tiempo de cableado.

• Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil

para otra máquina o sistema de producción. (Moreno, 2011)

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2.1.9.2 Inconvenientes

• Como inconvenientes se puede hablar en primer lugar, de un programador, lo que

obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido. Esta capacitación puede ser

tomada en distintos cursos, inclusive en universidades.

• El costo inicial. (Moreno, 2011)

2.2 Controlador programable Twido

La creación de un programa de control para un controlador Twido consiste en escribir

una serie de instrucciones en uno de los lenguajes de programación de Twido. Se

encuentra disponible en dos versiones: Compacto y Modular, que comparten

opcionales, extensiones de E/S y el software de programación, otorgándole máxima

flexibilidad y simplicidad de uso.

Twido reduce los espacios en los tableros gracias a su pequeño tamaño. Tanto los

controladores como los módulos de extensión de E/S, ofrecen una gran variedad en

opciones para simplificar el cableado: borneras extraíbles, conectores a resorte y varios

módulos pre cableados llamados Twido Fast.Con Twido es posible ajustar la solución

de acuerdo a las necesidades de cada aplicación. (Moreno, 2011)

Figura 2.6 Controlador lógico programable Twido.

Fuente Schneider Electric, (2010)

17

El PLC Twido compacto, disponible en 10, 1 o E/S y extensible hasta 88 E/S. Un

mismo rango de módulos de extensión de E/S para ambos controladores: 1 módulos

de E/S digitales, módulos de E/S analógicas.

Módulos opcionales que permiten aumentar la capacidad de comunicación en RS232

y RS 8; display de diálogo hombre - máquina; reloj de tiempo real; memoria backup

de 32 Kb, y memoria de expansión a 64 Kb; simuladores de entradas; y un surtido de

cables, conectores y unidades pre cableadas, que facilitan el montaje ahorrando costos

y tiempo. (Schneider Electric, 2010)

2.2.1 Lenguaje Twido

En el lenguaje Twido se puede crear programas de control que se utilizan los

siguientes lenguajes de programación:

Lenguaje de lista de instrucciones: Un programa de lista de instrucciones se

compone de una serie de expresiones lógicas escritas como una secuencia de

instrucciones booleanas.

Diagramas ladder logic: Un diagrama ladder logic es una forma gráfica de

mostrar una expresión lógica.

Lenguaje Grafcet: El lenguaje Grafcet está compuesto por una sucesión de

pasos y transiciones.

Twido admite las instrucciones de lista Grafcet, pero no Grafcet gráfico. Puede utilizar

un ordenador personal (PC) para crear y editar programas de control Twido mediante

estos lenguajes de programación.

La función de reversibilidad de lista / ladder logic permite pasar un programa de lista

a ladder Logic y viceversa, según convenga. (Moreno, 2011)

2.3 Controlador lógico programable Zelio

Según (Schneider Electric, 2011); El relé inteligente Zelio Logic está diseñado para

pequeños sistemas de automatismos. Se usa tanto en los sectores de la industria como

en el de servicios.

18

Figura 2.7 Relé inteligente Zelio Logic.


2.3.1 Campos de aplicación para la industria

• Automatización de máquinas de terminaciones, producción, ensamblaje o embalaje.

• Automatización de equipos auxiliares en máquinas del sector textil, plásticos y sector

de proceso de materiales.

• Automatización de maquinarias para la agricultura (riego, bombeo, invernaderos,

etc.).

Para los sectores de construcción e infraestructura:

• Automatización de barreras, cortinas eléctricas, controles de acceso.

• Automatización de instalaciones de iluminación,

• Automatización de compresores y sistemas de aire acondicionado.

2.3.2 Zelio Soft

El programa Zelio Soft fue diseñado especialmente para controladores lógicos

programables (PLC) en el cual se pueden realizar simulaciones de circuitos que

después pueden ser trasladados a un PLC para que este lo reproduzca. (Schneider

Electric, 2011)

2.3.2.1 Características

Las características principales del software Zelio Soft son las siguientes:

* Programación libre

19

* En símbolos Zelio

* En símbolos ladder (escalera)

* En símbolos eléctricos

* Permite realizar simulación de control sin necesidad de estar conectado al PLC

* Permite ver los resultados de E/S del programable en su entorno de aplicación

* Corrige cuando hay alguna falla en el circuito mediante la función de test de

coherencia.

2.4 Introducción al protocolo Modbus

Modbus es un protocolo de comunicación serial desarrollado y publicado por

Modicon en 1979. En su origen el uso de Modbus estaba orientado exclusivamente al

mundo de los controladores lógicos programables o PLCs de Modicon. No hace falta

más que echar un vistazo al mercado industrial actual para darse cuenta que, a día de

hoy, el protocolo Modbus es el protocolo de comunicación más común utilizado en

entornos industriales, sistemas de telecontrol y monitorización. (Schneider Electric,

2008)

Figura 2.8 Protocolo Modbus.

Fuente Schneider Electric,(2008)

(Schneider Electric, 2008); El objeto del protocolo Modbus es la transmisión de

información entre distintos equipos electrónicos conectados a un mismo bus.

20

Existiendo en dicho bus un solo dispositivo maestro (Master) y varios

equipos esclavos (Slaves) conectados. En su origen estaba orientado a una

conectividad a través de líneas serie como pueden ser RS-232 o RS-485, pero con el

paso del tiempo han aparecido variantes como el Modbus TCP, que permite el

encapsulamiento del Modbus serie en tramas Ethernet TCP/IP de forma sencilla.

Esto sucede porque desde el modelo OSI, el protocolo Modbus se ubica en la capa de

aplicación. El hecho que se haya extendido su uso hasta convertirse en el protocolo

más estandarizado en el sector industrial se debe a varias razones diferenciales

respecto a otros protocolos.

El estándar Modbus es público, lo que permite a los fabricantes desarrollar dispositivos

tanto Master como Slave sin royalties aplicados al protocolo. Este hecho facilita el

acceso a la información y estructura del protocolo que, además, es muy básica pero

funcional para su objetivo. Desde el punto de vista técnico, su implementación es muy

sencilla y en consecuencia el tiempo de desarrollo se acorta considerablemente

respecto a otros protocolos en los que se complica la estructura de las tramas y en

consecuencia el acceso a los datos que no están almacenados en estructuras complejas.

La transmisión de la información no está comprometida a ningún tipo de datos. Lo que

implica cierta flexibilidad a la hora del intercambio de información. Para expresarlo

de forma más clara, si se transmite un dato de 16 bits de información su representación

no está sujeta a ninguna restricción, por lo que puede tratarse de un dato tipo Word

con signo, un entero sin signo de 16 bits o la parte alta de una representación tipo Float

de 32 bits, etc. La representación del valor es definido por la especificación que el

fabricante proporciona sobre el dispositivo, lo que permite representar un amplio rango

de valores. (Schneider Electric, 2008)

2.4.1 Comunicación Maestro-Esclavo en Modbus

El protocolo Modbus siempre funciona con un maestro y uno o más esclavos, siendo

el maestro quién controla en todo momento el inicio de la comunicación con los

esclavos, que según la especificación pueden ser hasta 247 en una misma red.

21

El esclavo por otro lado se limita a retornar los datos solicitados por el maestro, así de

simple es la comunicación usando el Modbus, el maestro envía los mensajes y el

respectivo esclavo los responde. (Schneider Electric, 2008)

Cada esclavo debe tener una única dirección, así el maestro sabe con quién se debe

comunicar. Vea la animación siguiente, observe cómo funciona el envío de mensajes

entre el maestro y el esclavo tome en cuenta lo siguiente:

Cada esclavo tiene su propia dirección, que puede ir desde 1 hasta 247.

El maestro siempre inicia la comunicación enviando un paquete de

información bien estructurado a todos los esclavos, entre otras muchas cosas

en la información se incluye el número del esclavo.

El esclavo elegido responde, enviando lo que se le pide por medio también de

un paquete de información bien estructurado.

Figura 2.9 Arquitectura Modbus.


22

2.4.2 Tipos de Modbus

Para intercambiar las peticiones y respuestas, los dispositivos de una red Modbus

organizan los datos en tramas. Dado que Modbus es un protocolo de nivel de

aplicación, se requiere utilizarlo sobre una pila de protocolos que resuelva los temas

específicos del tipo de red empleada. En función de la arquitectura de protocolos

usada, se distinguen tres tipos de Modbus: RTU, ASCII y TCP/IP. (Candelas, 2011)

2.4.2.1 Modbus RTU

Según (Candelas, 2011); Modbus RTU (Remote Terminal Unit) se caracteriza porque

los bytes se envían en su codificación binaria plana, sin ningún tipo de conversión.

Está inicialmente pensado para comunicaciones en bus serie. Como ventaja principal

tiene el buen aprovechamiento del canal de comunicación, mejora la velocidad de la

transmisión de los datos. El inconveniente es que requiere una gestión de tiempos entre

bytes recibidos para saber cuando empiezan y terminan las tramas.

Figura 2.10 Formato de las tramas Modbus serie.

Fuente Candelas, (2011)

Con la trama Modbus RTU, la delimitación de la misma se realiza por intervalos de

tiempo de caracteres de silencio. Un caracter de silencio tiene la duración de un byte

de datos enviado por el medio, pero no transporta datos, y su duración (T) depende de

la velocidad (Vt) y del número bits que se usen para su codificación (N) según T=N/Vt.

El estándar de Modbus, para velocidades de hasta 19.200 bps, el tiempo entre tramas

debe ser como mínimo 3,5 veces la duración de un caracter, y para velocidades

superiores se recomienda un tiempo fijo de 1,75 ms. Por ejemplo, para una

23

configuración del puerto serie de 19.200 bps, con un bit de parada y un bit de paridad

(11 bits en total, sumando el de inicio y 8 de datos) se tiene: 3,5•11/19.200=2ms.

La trama Modbus RTU incorpora un código Cyclical Redundancy Check (CRC) de 16

bits para poder detectar errores, que debe ser calculado por el emisor a partir de todos

los bytes de la trama enviados antes del CRC, exceptuando los delimitadores. Para ello

se usa un algoritmo específico, bien definido en la especificación de Modbus serie. El

receptor debe volver a calcular el código de igual forma que el emisor, y comprobar

que el valor obtenido del cálculo es igual al valor presente en la trama para poder

validar los datos. (Candelas, 2011)

2.4.2.2 Modbus ASCII

Los datos se codifican como caracteres ASCII entre el "0" (16#30) y el "9" (16#39) y

entre "A" (16#41) y "F" (16#46). Por ejemplo, si se requiere enviar el byte de valor

16#FF, se tiene que enviar la cadena "FF", por lo que realmente se enviarían dos bytes:

16#46 y 16#46. Además se utilizan 3 caracteres especiales. El carácter ":" (16#3A) se

emplea para marcar el comienzo de la trama y el par Modbus RTU y ASCII están

pensados para ser utilizadas directamente sobre un medio físico serie asíncrono, como

por ejemplo EIA/TIA RS-232, EIA/TIA RS-485, o EIA RS-422.

(Candelas, 2011)

Figura 2.11 Formato de las tramas Modbus Serie.


24

2.4.2.3 Modbus TCP

En contraste, Modbus TCP está desarrollado para funcionar sobre redes que utilizan

la arquitectura TCP/IP, por lo que permite usar Modbus sobre redes como Ethernet o

WiFi. (Candelas, 2011)

En la práctica, el servicio de mensajes emplea una técnica, la cual consiste en

encapsular cada mensaje Modbus en una trama TCP (sin incluir los dos bytes del

campo de comprobación de errores de Modbus, ni la dirección del esclavo).El campo

de comprobación de errores no se incluye debido a que Modbus TCP/IP contiene su

propio sistema frente a errores en la capa de BUSCAR. La dirección del esclavo se

elimina ya que la conexión, la dirección IP de origen y destino y las direcciones MAC

de los dispositivos conectados, se definen en los niveles de transporte, de red o de

enlace.

Esto supone una gran ventaja, ya que el límite que existía en el modo RTU de un

máximo de 247 dispositivos se supera con creces y aumenta la posibilidad de conectar

más dispositivos. (Candelas, 2011)

Figura 2.12 Encapsulado de un mensaje en una trama TCP.


25

2.4.3 Representación de datos Modbus

Según (Barragán, 2013); el protocolo Modbus usa el concepto de tablas de datos para

almacenar la información en un esclavo, una tabla de datos no es más que un bloque

de memoria usado para almacenar datos en el esclavo, las tablas de datos que se usa

en Modbus son cuatro y se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 2 Bloques de memoria para Modbus

Dirección MODBUS Dirección Protocolo Nombre de la Tabla de Datos

1 - 9999 0000 – 9998 Output Coils (Lectura/escritura)

10001 – 19999 0000 – 9998 Inputs Contact (Lectura)

30000 – 39999 0000 – 9998 Inputs Registers (Lectura)

40001 – 49999 0000 – 9998 Holding Registers (Lectura/Escritura)

Nota: En la tabla se obseva los direccinamientos del protocolo Modbus.

Fuente Barragan, (2013)

2.4.4 Estructura de tablas Modbus

El modo master de Modbus permite al controlador enviar una solicitud Modbus a un

slave y esperar una respuesta. El modo master de Modbus sólo se admite a través de

la instrucción EXCHX.

El modo master de Modbus admite Modbus ASCII y Modbus RTU. El tamaño

máximo de las tramas enviadas o recibidas es de 250 bytes. La tabla de palabras

asociada a la instrucción EXCHX está formada por tablas de control, de envío y de

recepción, (Paul Gálvez, 2011)

Tabla 3 Estructura de tabla Modbus

Byte más significativo Byte menos significativo

Tabla de control

Comando Longitud

(envío/recepción)

Offset de recepción Offset de envío

Tabla de envío Byte 1 enviado Byte 2 enviado

26

----- ----

----- Byte N enviado

Byte N+1 enviado

Byte 1 recibido Byte 2 recibido

------ ------

Tabla de recepción

------ Byte p recibido

Byte p+1 recibido

Nota: La tabla indica la estructura de datos de control, envío y recepción.

Fuente Paul Gálvez, (2011)

2.4.4.1 Estructura de tablas de control

El byte longitud contiene la tabla de envío (250 bytes máximo), que se sobrescribe con

el número de caracteres recibidos al final de la recepción, en caso de que ésta se

solicite. Este parámetro es la longitud en bytes de la tabla de envío. Si el parámetro de

offset del envío es igual a 0, será igual a la longitud de la trama de envío. Si el

parámetro de offset del envío no es igual a 0, no se enviará un byte de la tabla de envío

(indicado por el valor de offset) y este parámetro será igual a la longitud de la propia

trama más 1. (Paul Gálvez, 2011)

Tabla 4 Estructura de tabla de control 1


Tabla de control

Comando Longitud

(envío/recepción)


Nota: La tabla muestra los comandos de control para el envío y recepción de datos.


27

El byte comando, en caso de que se produzca una solicitud RTU Modbus (excepto

para una difusión), debe ser siempre igual a 1 (en el envío y la recepción).



Tabla de control

Comando Longitud

(envío/recepción)


Tabla de envío

Byte 1 enviado Byte 2 enviado

----- ----


Byte N+1 enviado


------ ------

Tabla de recepción

------ Byte p recibido

Byte p+1 recibido

Nota: La tabla muestra la descripción del byte comando.

Fuente Paul Gálvez, (2011).

El byte de offset de envío contiene el rango (1 para el primer byte, 2 para el segundo

byte, etc.) dentro de la tabla de envío del byte que se ignorará cuando se envíen los

bytes. Se utiliza para gestionar los envíos asociados a los valores de byte/palabra del

protocolo Modbus. Por ejemplo, si este byte es igual a 3, el tercer byte se ignorará,

haciendo que el cuarto byte de la tabla sea el tercero en enviarse. (Paul Gálvez, 2011).

28



Tabla de control

Comando Longitud

(envío/recepción)


Tabla de envío Byte 1 enviado Byte 2 enviado

Nota: La tabla define el concepto del byte offset de envío.


El byte de offset de recepción contiene el rango (1 para el primer byte, 2 para el

segundo byte, etc.) dentro de la tabla de recepción que se agregará cuando se envíe el

paquete. (Paul Gálvez, 2011).


Byte más significativo Byte menos

significativo

Tabla de control

Comando Longitud

(envío/recepción)


Tabla de envío

Byte 1 enviado Byte 2 enviado

----- ----


Byte N+1 enviado


------ ------

Tabla de recepción ------ Byte p recibido

Byte p+1 recibido

Nota: La tabla define el concepto del byte offset de recepción.


29

2.4.4.2 Estructura de tablas (Emisión y Recepción)

Según (Paul Gálvez, 2011); Menciona que en uno de los dos modos (Modbus ASCII

ó Modbus RTU), la tabla de envío se complementa con la petición antes de ejecutar la

instrucción EXCHX.

En el momento de la ejecución, el controlador determina cuál es la capa de enlace de

datos y realiza todas las conversiones necesarias para procesar el envío y la respuesta.

Los caracteres de inicio, fin y comprobación no se almacenan en las tablas de

emisión/recepción.

Una vez enviados todos los bytes, el controlador cambia a modo de recepción y espera

a recibir los bytes. La recepción finaliza de una de las formas siguientes:

Se detecta un time out en un caracter o en una trama.

Los caracteres de fin de trama se recibe en modo ASCII.

La tabla de recepción está llena.

Las entradas de byte X enviado contienen los datos del protocolo Modbus

(codificación RTU) que se va a emitir. Si el puerto de comunicación está configurado

para Modbus ASCII, los caracteres de trama correctos se agregan al envío. El primer

byte contiene la dirección del dispositivo (específica o general), el

segundo byte contiene el código de función y el resto contiene información asociada

al código de función.

2.4.4.2.1 Referencias

El modo slave Modbus permite al controlador responder a las solicitudes Modbus

estándar procedentes de un master Modbus. La capa de enlace de datos de Modbus

tiene las limitaciones siguientes:

Dirección 1-247.

Bits: 128 bits previa solicitud.

Palabras: 125 palabras de 16 bits previa solicitud.

30

2.4.4.2.2 Intercambio de mensajes

El lenguaje le ofrece dos servicios de comunicación:

Instrucción EXCHX: para enviar/recibir mensajes.

Bloque de función %MSGX: para controlar los intercambios de mensajes.

2.4.4.3 Lectura de N bits para una máster Modbus

Esta tabla representa las peticiones 01 y 02 que son la de emisión y recepción de lectura

de N bits.

Tabla 8 Tabla para lectura de N bits

Tabla índice Byte más significativo Byte menos significativo

Tabla de control 0 01 (emisión/recepción)

8 + número de bytes

(emisión)

1 00 (Offset de recepción) 07 (offset de emisión)

Tabla de emisión

2 Slave (de 1 a 247) 15 (código de solicitud)

3 Número del primer bit que se va a escribir

4 N1= Número de bits que se van a escribir

Tabla de

recepción

(después de la

respuesta

5 00 (Byte no enviado,

efecto de)

N2=Número de bytes de

los datos que se van a

escribir

=[1+(N1-1)/8], donde []

significa parte integral

6 Valor del 1.° byte Valor del 2 ° byte

7 Valor del 3. ° byte Valor del 4. ° byte

------

(N2/2)+5(si N2

es par)

(N2/2+1)+5(si

N2 es impar)

Valor del byte N2

Slave (de 1 a 247) 15 (código de respuesta)

Dirección del 1. ° bit escrito

Dirección de los bits escritos (=N1)

Nota: La siguiente tabla muestra la codificación para en el envío y recepción de

lectura de N bits.


31

2.4.4.4 Lectura de N palabras para una máster Modbus

Esta tabla representa las peticiones 03 y 04 que son la de emisión y recepción de lectura

de N palabras.

Tabla 9 Tabla para lectura de N palabras

Tabla de índice Byte más

significativo

Byte menos

significativo

Tabla de control

0 01

(emisión/recepción)

06 (Longitud de

emisión)(*)

1 03 (offset de

recepción)

00 (offset de

emisión)

Tabla de emisión

2 Slave (1 a 247) 03 o 04 (Código de

petición)

3 Dirección de la primera palabra que se va

a leer.

4 N = Número de palabras de lectura (1)

Tabla de recepción

(después de la

respuesta)

5 Slave (1 a 247) 03 o 04 (Código de

petición)

6 00 (byte añadido por

la acción offset RX)

2*N (número de

bytes leídos)

7 Primera palabra leída

8 Segunda palabra leída (si N>1)

-----

N+6 Palabra N leída (si N>2)


lectura de N bits.


32

2.4.4.5 Escritura de un bit para un máster Modbus

Esta tabla representa la petición 05 de emisión y recepción de escritura de un bit.

Tabla 10 Tabla para escritura de un bit


significativo

Byte menos

significativo

Tabla de control

0 01


06 (Longitud de

emisión)(*)

1 00 (offset de

recepción)

00 (offset de

emisión)

Tabla de emisión

2 Slave (1 a 247) 05 (Código de

petición)

3 Dirección del bit que se va a escribir.

4 Valor del bit que se va a escribir.

Tabla de

recepción

(después de la

respuesta)


petición)

6 Dirección del bit escrito

7 Valor escrito


escritura de un bit.


33

2.4.4.6 Escritura de una palabra para un máster Modbus

Esta tabla representa la petición 06 de emisión y recepción de escritura de una palabra.

Tabla 11 Tabla para escritura de una palabra


significativo

Byte menos

significativo

Tabla de control

0 01


06 (Longitud de

emisión)(*)

1 00 (offset de

recepción)

00 (offset de

emisión)

Tabla de emisión 2 Slave (1 a 247) 06 (Código de

petición)

3 Dirección de la palabra que se va a

escribir.

4 Valor del bit que se va a escribir.

Tabla de

recepción

(después de la

respuesta)


petición)

6 Dirección de la palabra escrita

7 Valor escrito


escritura de una palabra.


34

2.4.4.7 Escritura de N bits para un máster Modbus

Esta tabla representa la petición 05 de emisión y recepción de escritura de N bits.

Tabla 12 Tabla para escritura N bits

Tabla índice Byte más significativo Byte menos

significativo

Tabla de control

0 01


8 + número de bytes

(emisión)

1 00 (Offset de

recepción)

07 (offset de emisión)

Tabla de

emisión

2 Slave a (de 1 a 247) 15 (código de solicitud)

3 Número del primer bit que se va a escribir

4 N1= Número de bits que se van a escribir

Tabla de

recepción

(después de la

respuesta


efecto de)

N2=Número de bytes

de los datos que se van

a escribir

=[1+(N1-1)/8], donde []

significa parte integral

6 Valor del 1.° byte Valor del 2 ° byte

7 Valor del 3. ° byte Valor del 4. ° byte

------

(N2/2)+5(si

N2 es par)

(N2/2+1)+5(si

N2 es impar)

Valor del byte N2

Slave (de 1 a 247) 15 (código de

respuesta)

Dirección del 1. ° bit escrito

Dirección de los bits escritos (=N1)


escritura de N bits.


35

2.4.4.8 Escritura de N palabras para un máster Modbus

Esta tabla representa la petición 16 de emisión y recepción de escritura de N palabras.

Tabla 13 Tabla para escritura N palabras

Tabla índice Byte más significativo Byte menos

significativo

Tabla de

control

0 01


8 + (2*N)(Longitud de

emisión)

1 00 (Offset de

recepción) 07 (offset de emisión)

Tabla de

emisión

2 Slave (de 1 a 247) 16 (código de

solicitud)

3 Dirección de la primera palabra que se va a

escribir

4 N= Número de palabras que se van a escribir

Tabla de

recepción

(después de la

respuesta


efecto de)

2*N=N. ° de bytes que

se van a escribir

6 Primer valor de la palabra que se va a escribir

7 Segundo valor que se va a escribir

------

N+5 Valores N que se van a escribir

N+6 Slave (de 1 a 247) 15 (códigos de

respuesta)

N+7 Dirección de la primera palabra escrita

N+8 Dirección de los bits escritos (=N)


escritura de N palabras.


36

2.5 Transformador

“El transformador es una máquina eléctrica que transforma la energía eléctrica recibida

en otra de características distintas, bien sea de tensión, intensidad, etc.” (Álvarez

Pulido, 2009)

Figura 2.13 Aspecto físico de un transformador.

Fuente General Electric, (2013)

(Álvarez Pulido, 2009) Describe al transformador como un elemento conformado por

dos circuitos, el circuito eléctrico y circuito magnético, el primero está constituido por

dos devanados (primario y secundario) y el otro circuito formado por la chapa

magnética.

(Fowler, 1994) Dice que los transformadores son elementos que constan de dos o más

bobinas conectadas por flujo magnético. Las bobinas están conectadas por medio de

una inducción generada en una de lados bobinas, es decir que si existe un flujo en una

de las bobinas, se induce voltaje en la otra.

2.6 Motor eléctrico trifásico

(Marwin Prada, 2013); Menciona que el motor eléctrico trifásico es una máquina

eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en

37

energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos

en el bobinado del estator (o parte fija del motor).

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una

fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para

prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a

menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas.

Figura 2.14 Motor trifásico y sus partes.

Fuente Marwin Prada, (2013)

Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores,

grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc. (Marwin Prada, 2013)

2.6.1 Partes y funcionamiento del motor eléctrico trifásico

(Marwin Prada, 2013); Independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate,

todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

1. El estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido

generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. El enchapado es ranurado,

lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de

cobre, de diferentes diámetros.

38

2. El rotor: es la parte móvil del motor. Está formado por el eje, el enchapado y unas

barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de rotor

se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son

de aluminio, forman en realidad una jaula.

3. Los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). En el centro

tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje

del rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator,

porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o

"fricciones".

2.6.2 Tipos y características del motor eléctrico trifásico

Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que la del campo magnético rotativo, se

dice que el motor es síncrono. Si por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro

mayor o menor que dicho campo magnético rotativo, el motor es asíncrono de

inducción. (Marwin Prada, 2013)

Los motores eléctricos trifásicos están conformados por dos grandes grupos:

1. Motores Síncronos.

2. Motores Asíncronos.

2.6.3 Principio de funcionamiento del motor eléctrico trifásico

(Marwin Prada, 2013); Explica que cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de

las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce

corriente en las barras del rotor.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético

del estator, originará una para el motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho

movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente

alterna trifásica.

Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo

magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo,

pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento.

39

Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así

sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la

misma velocidad del campo magnético giratorio.

Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser

mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en

una proporción mayor.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo

principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula

una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste

tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica

que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que

provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento

circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo

magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente,

el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor

tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es

comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

2.7 Variador de frecuencia

(Fraile Mora, 2008). Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable

Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el

control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del

control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de

frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de

frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers

de CA, micro drivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_velocidad

40

frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de

frecuencia).

Figura 2.15 Pequeña unidad de variación de frecuencia.

Fuente Fraile Mora, (2008)

2.7.1 Principio de funcionamiento del variador de frecuencia

Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad

síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de

CC suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:

Donde;

RPM = Revoluciones por minuto

f = frecuencia de suministro CC (Hercio)

p = Número de polos

Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en

Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en

3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente para motores

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1tor

http://es.wikipedia.org/wiki/Revoluciones_por_minuto

http://es.wikipedia.org/wiki/Hercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncrono

41

sincrónicos únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación

geográfica funciona en 50Hz o 60Hz.

En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por

el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo

entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida")

comparativamente con la cantidad de rpm's del campo magnético (las cuales si

deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en

motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que

lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de tener par en los

momentos en los que alcanzase al campo magnético). (Fraile Mora, Jesús, 2008)

2.8 Disyuntor

La utilización de este término puede variar en distintas regiones para referirse a

interruptores automáticos accionados por sobrecargas de un circuito o para

interruptores automáticos accionados por pérdidas de energía fuera del circuito.

Figura 2.16 Un disyuntor magneto térmico monofásico bipolar.


Un disyuntor, interruptor automático, breaker o pastilla (México), taco (Colombia),

disyuntor (Argentina), es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito eléctrico

cuando la intensidad de la corriente eléctrica que por él circula excede de un

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motores_s%C3%ADncronos&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

42

determinado valor, o en el que se ha producido un cortocircuito, con el objetivo de

evitar daños a los equipos eléctricos.

A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el

disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el problema que haya

causado su disparo o desactivación automática.

Los disyuntores se fabrican de diferentes tamaños y características, lo cual hace que

sean ampliamente utilizados en viviendas, industrias y comercios.

Los disyuntores más comúnmente utilizados son los que trabajan con corrientes

alternas, aunque existen también para corrientes continuas.

2.8.1 Tipos de disyuntores

Los tipos más habituales de disyuntores son:

Disyuntor magneto térmico.

Disyuntor magnético.

Disyuntor térmico.

También es usada con relativa frecuencia, aunque no de forma completamente

correcta, la palabra relé para referirse a estos dispositivos, en especial a los dispositivos

térmicos. Coloquialmente se da el nombre de «automáticos», «fusibles», «tacos» o

incluso «plomos» a los disyuntores magneto térmicos y al diferencial instalados en las

viviendas.

En el caso de los ferrocarriles, se utiliza un disyuntor para abrir y desconectar la línea

principal de tensión, cortando la corriente directamente a partir del pantógrafo al resto

del tren.

2.9 Guarda-motor

Un guarda motor es un interruptor magneto térmico, especialmente diseñado para la

protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una

curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias

http://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito

http://es.wikipedia.org/wiki/Fusible

http://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor_magnetot%C3%A9rmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Disyuntor_magn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Disyuntor_t%C3%A9rmico&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9

http://es.wikipedia.org/wiki/Ferrocarril

http://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor_magnetot%C3%A9rmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

43

típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros

interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y

tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K.

Figura 2.17 Guarda-motor.


Las características principales de los guarda motores, al igual que de otros

interruptores automáticos magneto térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad

nominal o calibre y la curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas

del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase. Pero

contrariamente a lo que ocurre con los pequeños interruptores automáticos magneto

térmicos, los guarda motores son regulables; resultado de lo cual se dispone en una

sola unidad de las funciones que de otra manera exigirían por ejemplo la instalación

de al menos tres unidades a saber: interruptor, contactor y relevo térmico.

2.10 Luces indicadoras

Las luces indicadoras son dispositivos eléctricos que sirven para conocer el estado de

un sistema, como por ejemplo una luz puede indicar si esta prendido o apagado, si

existe energía de la red eléctrica externa o existe ausencia de la misma y también para

indicar si la carga eléctrica instalada se encuentra energizada o desactivada.

44

Figura 2.18 Indicadores industriales.


2.11 Pulsadores y selectores

En las aplicaciones eléctricas el interruptor selector tiene como función seleccionar

que dispositivo eléctrico va a funcionar se utiliza por lo regular en nuestro caso para

simular una entrada.

Figura 2.19 Pulsadores y selectores industriales.


En este caso tenemos un selector de tres posiciones que consta de una serie de

contactos ya sean en modo (NO) que su contacto es normalmente abierto y el modo

(NC) que significa normalmente cerrado, por lo tanto regular para instalar en un

circuito eléctrico. Estos selectores también se pueden utilizar para activar bobinas de

contactores, relés, arrancadores magnéticos y que estos pueden lograr controlar un

motor eléctrico industrial por de medio de sus arrancadores magnéticos.

45

CAPÍTULO 3: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO

3.1. Antecedentes

En el laboratorio de fabricación flexible de la Universidad Politécnica Salesiana Sede

Guayaquil, carecían de módulos didácticos para el aprendizaje de comunicaciones

industriales, por lo que se optó por diseñar e implementar dos maletas portátiles

didácticas que contienen una arquitectura maestro-esclavo, las mismas que permitirá

realizar prácticas de comunicación industrial utilizando el Protocolo Modbus. Cada

maleta está dotada de un autómata compacto como Maestro (Twido) y dos esclavos

(Zelio y Variador de frecuencia) con sus respectivos módulos de comunicación

Modbus. Los equipos de campo serán convencionales y de marcas reconocidas como:

Schneider Electric, Siemens, General Electric, los mismos que permitirán realizar

prácticas de automatización mediante el Protocolo Modbus.

3.2 Equipos de los módulos didácticos

1

Enlace Modbus RTU

2 3

4

Figura 3.1 Esquema de maletas didácticas.

Fuente Los autores

46

Tabla 14 Equipos utilizados en maleta didáctica

No. Elemento

1 PLC Twido referencia: TWDLCAA24DRF

2 PLC Zelio Logic referencia: SR3B101BD

3 Variador de frecuencia referencia: ATV312H075M2

4 Pulsadores, luces indicadoras, selectores

5 Motor Trifásico 0.5HP 1590 RPM referencia: 1LA7070-4YA60

Nota: En la tabla se especifica los nombres de los equipos y referencias que se

utilizaron para la implementación de las maletas didácticas.

Fuente Los autores

3.3 Maletas de Polietileno

Se adquirió dos maletas marca Gator modelo GRR-10L, que están hechas de un

material resistente como es el polietileno con marco de aluminio para mayor

resistencia y sellado de las cubiertas, consta de dos ruedas de goma y un mango

ergonómico para su movilización, las dimensiones internas de cada maleta son: alto

(44,5 cm.), ancho (41,9 cm.) y profundidad (48,3 cm.)

Figura 3.2 Maleta Gator GRR-10L.

Fuente Los autores

47

En la figura 3.3 podemos observar la maleta con sus respectivas cubiertas de

protección.

Figura 3.3 Estado físico de la maleta.

Fuente Los autores

3.4 Fabricación de base metálica para montaje de equipos

Se procedió a tomar las medidas internas de la maleta para elaborar la base metálica,

considerando las medidas de cada uno de los equipos que se instalaron en la base. Para

consistencia de la base metálica que contiene a los equipos se seleccionó que el grueso

de la lata sea de 1/16”.

Figura 3.4 Base metálica.

Fuente Los autores

48

En la figura 3.5 se observa el soporte con las perforaciones donde se instaló los

pulsadores, luces indicadoras y pulsador tipo hongo de emergencia, el soporte que

contiene a estos elementos va sujeto a la base metálica principal con pernos

inoxidables.

Figura 3.5 Soporte de pulsadores y luces piloto.

Fuente Los autores

Se pintó la base y el soporte metálico con un fondo negro automotriz tipo PU

combinado con un catalizador, cuya función es preservar la superficie en la que fue

aplicado y de fondo para la posterior pintura, en este caso se usó bate piedra que es

una pintura anticorrosiva y deja la superficie un poco grumosa como protección a la

intemperie.

Figura 3.6 Pintado de base metálica.

Fuente Los autores

49

3.5 Montaje de base metálica y equipos en la maleta

Luego del pintado de la base metálica, se aseguró la misma a la maleta de polietileno

con pernos inoxidables. Se realizó el montaje de los equipos que se utilizaron para

tener la referencia de la ubicación en que se instalarán sobre la base, se consideró las

recomendaciones técnicas dadas por los fabricantes de los equipos referente a los

espacios que tienen que haber entre equipos para que exista una buena circulación de

aire, ya que cada equipo emite calor y cada uno tienen temperaturas de trabajo

diferentes.

Se estableció un orden lógico de los equipos al momento de instalarlos considerando

que se está implementando una red industrial Modbus, la misma que tiene un maestro

y varios esclavos por lo que al dispositivo maestro se lo ubicó en la parte superior de

la base y los esclavos en la parte inferior.

Figura 3.7 Montaje de base y equipos.

Fuente Los autores

50

En la figura 3.8 se puede observar el riel Din sujeto a la base metálica con pernos

pasantes, el mismo que soporta y mantiene a los equipos junto a la base.

Figura 3.8 Base metálica con riel Din.

Fuente Los autores

En el montaje de los equipos que conforman el módulo didáctico, se consideró la

distancia entre equipos de control y fuerza, previniendo que el operador del módulo

esté expuesto a un choque eléctrico.

Figura 3.9 Ubicación de equipos en la base.

Fuente Los autores

51

3.6 Montaje de canaletas y prensas estopas

Se procedió con el montaje de las canaletas ranuradas para que los cables estén

organizados, se instaló prensas estopas para que el aislante de los conductores no sean

dañados al momento de cablear los equipos del módulo, de la parte frontal hacia la

posterior, por el filo de las perforaciones hechas en la base metálica.

Figura 3.10 Instalación de canaletas.

Fuente Los autores

En la figura 3.11 se puede observar las perforaciones realizadas en la base metálica

para las prensas estopas las mismas que permitirán el paso de cables, de la parte frontal

de la base hacia la parte posterior donde se podrá visualizar la mayor parte del cableado

del módulo, para las perforaciones en la base metálica se usó un taladro con brocas

metálicas de las siguientes dimensiones: ½”, ¾”, 1” y una ponchadora para los calados

de mayor diámetro.

52

Figura 3.11 Perforaciones para prensas estopas.

Fuente Los autores

En la figura 3.12 se puede observar la instalación de las prensas estopas que servirán

para el paso del cableado eléctrico hacia la parte posterior del módulo.

Figura 3.12 Instalación de prensas estopas.

Fuente Los autores

3.7 Colocación de fuente de alimentación DC y repartidores de carga

Se realizó el montaje de una fuente de poder de 24 VDC- 5A para alimentar un

repartidor de carga, el mismo que distribuyó el voltaje dc a los siguientes equipos y

elementos: plc Zelio, pulsadores, selectores, luces indicadoras y fuente común para el

plc Twido.

53

Continuamente, se instaló un repartidor de carga alimentado con 120 VAC para la

distribución y alimentación de los siguientes equipos: PLC Twido, Transformador

120/240V y fuente de alimentación DC.

Figura 3.13 Instalación de fuente de poder.

Fuente Los autores

3.8 Instalación de luces indicadoras, pulsadores, selectores y stop de emergencia

Culminadas las perforaciones y pintado de cada soporte metálico que se colocaron en

las bases, las mismas que van en cada módulo didáctico; se procedió al montaje de

cada uno de los elementos que se citan a continuación: 1 pulsador tipo hongo con

enclavamiento, 4 luces indicadoras, 2 pulsadores retro-iluminados y 2 selectores de 3

posiciones. Todos los elementos antes mencionados con alimentación de 24VDC y de

las marcas convencionales Schneider Electric y Siemens.

Figura 3.14 Soporte con pulsadores y luces.

Fuente Los autores

54

3.9 Cableado de equipos y elementos instalados

Se realizó el cableado de los pulsadores, luces piloto y selectores de 3 posiciones con

cable AWG #18.

Se utilizó cable de color azul (+24 vdc) y blanco (-0 vdc) según la norma IEC 60445

que es una normativa internacional que establece un código de colores de conductores

acorde al voltaje de operación.

Figura 3.15 Cableado de pulsadores y luces.

Fuente Los autores

3.10 Etiquetados de cables de los equipos instalados

En toda instalación es necesario contar con un correcto etiquetado de los conductores

y equipos de un determinado proyecto técnico, ya que al existir una falla en el sistema

es más fácil identificarlas y por ende minimiza el tiempo de búsqueda y pronta

solución al problema. Por lo que a los módulos didácticos se etiquetaron todos los

conductores y equipos para que los operadores conozcan la circuitería completa del

módulo y puedan guiarse para futuros mantenimientos o prácticas de automatización.

55

Figura 3.16 Etiquetado de los conductores.

Fuente Los autores

3.11 Cableado de equipos de control

En la figura 3.17 Se puede observar el ajuste de los cables en los terminales de los

equipos con un destornillador. Se conectó los cables provenientes del repartidor de

120 VAC para alimentación del PLC Twido con su respectivo disyuntor monopolar

de protección, así como la fuente de 24 VDC común para las entradas y salidas

digitales del plc. Se procedió a cablear la alimentación del PLC Zelio desde el

repartidor de carga de 24VDC, y el correspondiente común para las salidas del PLC

Zelio.

Figura 3.17 Cableado de equipos de control.

Fuente Los autores

56

3.12 Instalación del soporte de control y visualización

Se realizó el cableado del soporte que contiene los pulsadores, selectores y luces

indicadoras a cada uno de los equipos instalados en la base metálica del módulo. Se

procedió a conectar los cables correspondientes a los pulsadores y selectores en los

terminales de entradas digitales del PLC Twido, los cables de las luces indicadoras se

conectaron en los terminales de salidas digitales del PLC Twido.

El procedimiento de conexiones de pulsadores, selectores y luces indicadoras para el

PLC Zelio fue el mismo que describió para el PLC Twido.

Los cables +24 VDC y -0 VDC comunes de los elementos de control y visualización

fueron conectados al repartidor de carga de 24 VDC. Con la finalidad que el voltaje

de operación de los elementos antes descritos se encuentren en 24 VDC por seguridad

al operador, a excepción del pulsador tipo hongo que está conectado a 120 VAC de tal

forma que corta la energía eléctrica a todos los componentes y equipos que conforman

el módulo didáctico, a lo que se le llama un Paro de Emergencia.

Figura 3.18 Ensamblaje del soporte de pulsadores y luces.

Fuente Los autores

57

3.13 Conexión del variador de frecuencia

El variador de frecuencia ATV312H075M2 de Schneider Electric tiene una propiedad

de que la alimentación es a 220VAC y la salida hacia el motor es de 3 líneas de 220

VAC (Trifásico). Por lo que para poder alimentar el variador a 220VAC fue necesario

la implementación de un transformador de 500 VA que elevó el voltaje de 120 a

220VAC. Se implementó un guardamotor como protección para el variador y a la vez

para desconexión del variador sin que afecte la alimentación a los demás equipos.

En la figura 3.19 se puede observar la conexión del variador de frecuencia hacia el

motor con su respectivo etiquetado, se utilizó cable AWG#12 color negro para el

cableado. Bajo la normativa IEC60445.

Figura 3.19 Conexión del variador de frecuencia.

Fuente Los autores

3.13.1 Conexión de motor

El motor trifásico Siemens utilizado es de 1590 RPM a 220 V Trifásico. La salida del

variador se conectó al motor en Y-Y. Este motor servirá de actuador para las prácticas

a implementar mediante el protocolo Modbus. El mismo que será controlado por el

variador.

58

Figura 3.20 Conexión del motor con el variador.

Fuente Los autores

3.14 Conexión del transformador

Se realizó la instalación del transformador de la marca General Electric modelo

9T58R2811, capacidad 500VA.

Figura 3.21 Instalación del transformador 120 a 240 V.

Fuente Los autores

3.15 Instalación del adaptador de red.

Se realizó la instalación de un adaptador de red con conectores RJ45 tipo hembra. Se

conectaron los tres RJ45 en paralelo con la finalidad de que al momento de realizar

las prácticas en el módulo, el operador pueda controlar su red Modbus conectando

59

patchcords de RJ45; sin tener la necesidad de estar cableando cada uno de los puertos

Modbus que posee cada equipo instalado en el módulo.

Figura 3.22 Instalación del adaptador de red.

Fuente Los autores

En la figura 3.23 se puede observar el adaptador de red montado en la base del módulo

didáctico cableado internamente, contiene 3 puertos de conexión RJ-45 que

corresponden al Zelio, variador de frecuencia y uno de reserva para conectarse con

otros equipos que se encuentren fuera del módulo.

Figura 3.23 Adaptador de red instalado.

Fuente Los autores

60

3.16 Maletas terminadas para realizar pruebas de comunicación

En la figura 3.24 se observan los módulos didácticos terminados con todos sus equipos

de fuerza, control, y comunicación.

Figura 3.24 Módulos didácticos terminados.

Fuente Los autores

3.17 Configuración de Software Twido Suite

Este software es el resultado de un estudio ergonómico, Twido Suite ha sido

desarrollado para ayudar y simplificar todas las tareas con el objetivo de

reducir considerablemente el tiempo de programación, fue diseñado para desarrollar

proyectos que utilizan controladores Twido. En la figura 3.27 se puede observar el

programa Twido Suite. Se tienen tres opciones en el panel como son: Modo

“Programación”, Modo “Vigilancia “y “Actualización autómatas”. Se escoge la

opción modo “Programación” para comenzar con la configuración de nuestro

proyecto.

61

Figura 3.25 Programación en software TwidoSuite.

Fuente Los autores

3.17.1 Creación de un proyecto en Twido Suite

Una vez escogido el modo “Programación”, se observa en la figura 3.28 como crear

un proyecto nuevo, seleccionar la opción y se crea el proyecto nuevo.

Figura 3.26 Crear nuevo proyecto en TwidoSuite.

Fuente Los autores

Luego, se escoge el nombre del proyecto, la dirección en la que se va a guardar el

proyecto, y la información del proyecto que contiene el nombre del autor,

departamento, índice y propiedad industrial.

62

Figura 3.27 Información del proyecto.

Fuente Los autores

3.17.2 Descripción del producto

En la figura 3.30 se observa el catálogo de productos que se pueden seleccionar, como

son: bases, módulos de aplicación, módulos de ampliación serie, adaptador serie,

cartucho RTC, cartucho de memoria, HMI y elementos de redes.

Figura 3.28 Selección del producto a utilizar en la programación.

Fuente Los autores

63

Se describe el equipo con todos sus componentes. Se selecciona la opción bases,

compactos y se escoge el modelo del PLC TWDLCAA24DRF que se utilizó en el

proyecto.

Figura 3.29 Selección del modelo de PLC.

Fuente Los autores

3.17.3 Selección del adaptador serie

Se selecciona el adaptador interfaz serie con su conector de tipo bloque, terminal de

3 husillos de tornillos RS-485, modelo TWDNAC485T.

Figura 3.30 Adaptador serie.

Fuente Los autores

64

3.17.4 Selección del módulo reloj

En la figura 3.33 se escoge en la opción cartucho RTC, el módulo TWDXCPRTC

que es la fecha y hora actual del controlador lógico programable.

Figura 3.31 Tarjeta reloj PLC.

Fuente Los autores

3.17.5 Configuración de elementos Modbus

Se crea un elemento genérico Modbus, buscar la opción elementos Modbus se

selecciona y aparece una lista que contiene interface Ethernet, Twido, modem TD-

33/V90, Modem GSM SR2 Modbus, Modem genérico, Magelis, elementos genéricos

Modbus, se escoge esa opción y aparece un icono en el cual se crea el ATV 312 como

esclavo.

Figura 3.32 Elementos Modbus.

Fuente Los autores

65

En la figura 3.33 se observa el módulo Modbus creado, se configuró el tipo y la

direccion de referencia del equipo que sería esclavo.

Figura 3.33 Configuración de elemento Modbus.

Fuente Los autores

3.17.6 Configuración de red Modbus

Se configura el tipo de red (Modbus), y los parámetros estandarizados como es el

caudal 19200 que es la velocidad de transmisión de baudios o bits por segundos, se

configura bit de paridad, bit de datos, tiempo de respuesta y tiempo de espera entre

tramas.

Figura 3.34 Configuración de Red Modbus.

Fuente Los autores

66

En la figura 3.35 se puede observar la configuración completa de nuestro controlador

lógico programable con todos sus módulos y redes configuradas.

Figura 3.35 Configuración completa del autómata programable.

Fuente Los autores

3.17.7 Programación en Ladder

Una vez terminada la configuración del PLC, se realiza la programación en ladder, con

lógica de contactos, y como ejemplo en la figura 3.37 se puede observar un encendido

de una bobina con una entrada y salida.

Figura 3.36 Programación de encendido de una bobina.

Fuente Los autores

67

3.17.8 Configuración del Software Zelio Soft

Sumamente simple y fácil de usar, el software Zelio Soft facilita la configuración de

los relés inteligentes Zelio Logic, una programación rápida y segura con una

flexibilidad inigualable, programación real con bloques de funciones (FBD) o lenguaje

de contacto (LADDER).

En la figura 3.38 se observa el icono de crear nuevo programa, se selecciona y se crea

el nuevo programa.

Figura 3.37 Creación de programa.

Fuente Los autores

3.17.9 Configuración módulo Zelio

Una vez creado el programa se selecciona el módulo Zelio que se va a utilizar, en

este caso es el SR3B101BD, tiene incorporado 2 entradas digitales, entradas mixtas

digitales y analógicas 4 (0-10v), 4 salidas digitales tipo relé.

68

Figura 3.38 Selección del módulo Zelio.

Fuente Los autores

3.17.10 Configuración del tipo de programación

Se escoge el tipo de programación BDF, que se refiere a una programación por

diagramas de bloques, la misma que se utilizó para realizar las prácticas.

Figura 3.39 Selección del tipo de programación Zelio.

Fuente Los autores

69

En la figura 3.40 se observa una programación set y reset, con un bloque BDF. Se

tienen las entradas en la parte izquierda de la imagen y las salidas se observan en la

parte derecha de la imagen.

Figura 3.40 Programación Set y Reset.

Fuente Los autores

El programa Zelio Soft tiene incorporado en su software un modo simulación en el

que se observa en tiempo real el simulado de nuestro proyecto.

Figura 3.41 Simulación del programa.

Fuente Los autores

70

CAPÍTULO 4: DESARROLLO DE LAS PRÁCTICAS

4.1 Práctica 1: Lectura y escritura de palabras desde un PLC Twido (Máster)

hacia un PLC Zelio (Esclavo)

4.1.1 Objetivos

- Configurar el PLC Twido como maestro para la escritura y lectura de palabras

hacia un PLC Zelio.

- Realizar un programa en Ladder que active las salidas del PLC Twido en

secuencia, adicional que envié bits de activación de salidas hacia el PLC Zelio.

- Realizar una programación que me permita la variación de frecuencia, utilizando

el selector del PLC Zelio con el programa Zelio Soft.

4.1.2 Descripción de la práctica

Se realizó una programación con lógica de contactos para la activación de salidas en

secuencia mediante escritura y lectura de datos desde el PLC Twido (Maestro) hacia

el PLC Zelio (Esclavo), seguidamente se cargó un programa de variación de frecuencia

utilizando el selector del PLC Zelio

4.1.3 Desarrollo de la práctica

Se describe el modelo de PLC que se utilizó en la práctica, se seleccionó el elemento

Modbus con su respectivo tipo y dirección.

Figura 4.1 Configuración de PLC y elemento Modbus.

Fuente Los autores

71

Configurado el PLC continua la programación, en la rutina 1 se observa una entrada

I0.1 como la marcha que activa la salida Set Q0.1y la marca M4. La entrada I0.3 sirve

de paro general.

Figura 4.2 Programa de marcha y paro general.

Fuente Los autores

Se colocó un contacto cerrado de la marca M4 en serie con el contacto de entrada I0.3,

para la protección y bloqueo de inicio de marcha de la secuencia.

Figura 4.3 Bloqueo de inicio de marcha de la secuencia.

Fuente Los autores

En la siguiente rutina de programación se observa el contacto de entrada I0.3, que es

el Reset de las salidas y marcas utilizadas en la programación.

Figura 4.4 Reset de secuencia de salidas.

Fuente Los autores

72

En la figura 4.5 se observa los contactos de las salidas del Twido y Zelio, se colocó en

paralelo los contactos de dichas salidas. Cuando se active la secuencia de encendido

de cada una de las salidas se activara la marca M4 que es el bloqueo de la entrada I0.0

del inicio de secuencia. Se observa en la figura 4.3.

Figura 4.5 Activación de marca M4 para el bloque de secuencia.

Fuente Los autores

Se realiza la activación de la segunda salida mediante un temporizador TON, que

activa la salida Set Q0.2

Figura 4.6 Inicialización del Temporizador 1.

Fuente Los autores

Un contacto abierto de Q0.2 se activa y resetea la salida 1 Q0.1 y la marca M3.

Figura 4.7 Desactivación de salida Q0.1 y M3.

Fuente Los autores

73

Se puede observar el inicio de conteo del segundo temporizador, que activará la

siguiente salida Set Q0.3 de la secuencia.


Fuente Los autores

Se activa el contacto Q0.3 el cual resetea la salida Q0.2 y dará inicio al conteo al

siguiente temporizador.

Figura 4.9 Desactivación de la salida Q0.2.

Fuente Los autores

En la siguiente línea de programación se observa el inicio de conteo del tercer

temporizador Ton que es activado por un contacto Q0.3 y activa una salida Set M0.


Fuente Los autores

74

Una vez activada la salida M0 se cierra un contacto de la misma y reseteará a Q0.3.

Figura 4.11 Reset de la Salida Q0.3.

Fuente Los autores

Se observa que un contacto de M0 acciona a un cuarto temporizar TON y activará la

primera salida Set M1 del PLC Zelio.


Fuente Los autores

En el siguiente gráfico se observa que el contacto M1, resetea a la salida M0.

Figura 4.13 Reset de la salida M0.

Fuente Los autores

75

El contacto M1 activará a un cuarto temporizador TON, que accionará a una salida Set

M2 del PLC Zelio. También un contacto de la marca M2 activara el Reset de la marca

M1.

Figura 4.14 Inicialización del Temporizador 5 y Reset de la marca M1.

Fuente Los autores

Luego la marca M2 activa un quinto temporizador, el que activa la salida Set M3,

también se observa un contacto M3 que resetea a M2.

Figura 4.15 Inicialización del Temporizador 6 y Reset de la marca M2.

Fuente Los autores

76

En la siguiente rutina se activan por intervalos de tiempo y de manera consecutiva los

contactos M0, M1 y M2, al activarse se escribe un valor hexadecimal en la marca

MW9 que se enviará al PLC Zelio por medio de la red Modbus.

Figura 4.16 Escritura de bits en PLC Zelio.

Fuente Los autores

En la siguiente figura 4.17 se observar la configuración de parámetros de los

temporizadores.

En la ventana principal >Programar >Configurar >Configurar los Datos> Bloques

funcionales.

- En el ícono Símbolo se pone el nombre que le damos al temporizador.

- En el ícono Tipo se selecciona el tipo de temporizador en este caso TON.

- En el ícono Base se establece el tiempo por ejemplo (1 s, 100 ms, 10 ms, 1 ms).

77

Figura 4.17 Configuración de parámetros de los Temporizadores.

Fuente Los autores

Configurado los valores en los temporizadores que se utilizaron en el proyecto

(programa), en esta subrutina se carga un valor asignado en la variable de memoria

MW18, este valor es leído desde el PLC Zelio.

Figura 4.18 Asignación de tiempo a los Temporizadores.

Fuente Los autores

78

A continuación se muestra la tabla de escritura de bits en el PLC Zelio para la

activación de la secuencia de las luces indicadoras. Se toma como referencia la Tabla

11.

Figura 4.19 Escritura de bits en PLC Zelio.

Fuente Los autores

En esta rutina de programación se muestra la tabla de lectura de palabras en el PLC

Zelio para la activación de la secuencia de luces indicadoras. Se toma como referencia

la Tabla 9. Se lee la primera palabra (#14), que corresponde a la salida del módulo de

comunicación Modbus del Zelio.

Figura 4.20 Lectura de palabras en PLC Zelio.

Fuente Los autores

79

Se crea un programa en el software Zelio Soft de generación de frecuencia, cada

posición del selector envía una constante que se guarda en la marca MW14, la entrada

Modbus MW3 envía una palabra desde el Twido (Maestro) y se utilizó un convertidor

de palabras a bits para la activación de 3 salidas.

Figura 4.21 Generación de frecuencia en el programa Zelio Soft.

Fuente Los autores

4.2 Práctica 2: Comunicación PLC Twido (Máster) y Variador ATV312 (Esclavo)

se realiza una aplicación con inversión de giro de un motor

4.2.1 Objetivos

- Comunicación Modbus entre PLC Twido (Máster) y Variador ATV312 (Esclavo).

- Configuración de Macros del variador de frecuencia con sus parámetros.

- Realizar una programación en Ladder de un sistema de inversión de giro de un motor.


La práctica consiste en configurar un PLC Twido (Máster) con un Variador de

frecuencia ATV312 (Esclavo) mediante una comunicación Modbus, se realiza una

80

programación en Ladder de un sistema de inversión de giro de un motor en el software

Twido Suite.


Se describe el modelo de PLC que se utiliza en la práctica, se selecciona el elemento



Fuente Los autores

Se configuran la Macros con sus parámetros predeterminados para el control del

variador a través de modbus, utilizando las siguientes funciones:

D_MANAGER controla la velocidad del variador.

D_RUN_FWD activa al variador para dar marcha al motor en un sentido.

D_RUN_REV activa al variador para dar marcha al motor en sentido contrario.

D_STOP activa la parada del variador cuando está en marcha.

D_SELECT_SPEED establece la velocidad con el valor de la consigna.

D_CLEAR_ERR sirve para resetear errores

81

Figura 4.23 Configuración de los parámetros Macros Drive.

Fuente Los autores

Se ejecuta los Macros configurados para establecer la comunicación con el variador,

en la palabra 104 se escribe la consigna de frecuencia al VDF que será de 1400 RPM.

Figura 4.24 Escritura de palabras y bits en el Variador.

Fuente Los autores

Configuradas la macros la entrada I0.1 activa la secuencia automática, el contacto

I0.3 es el paro y se observa un flanco positivo M4 que es la marca que reinicia la

secuencia automática.

82

Figura 4.25 Activación de secuencia automática.

Fuente Los autores

Activada la bobina M0, se cierra un contacto M0 que acciona el primer Temporizador

TON que enciende una bobina Set M1 y a su vez resetea la marca M4.

Figura 4.26 Tiempo de parada automática.

Fuente Los autores

Luego que transcurre el tiempo programado en el temporizador activa M1 y a un flanco

positivo del mismo, que envía un pulso para la parada del motor. El contacto I0.3 es

el paro del programa.

Figura 4.27 Programación de parada del motor.

Fuente Los autores

En la siguiente rutina el contacto abierto de M1 activa el segundo Temporizador TON,

se programa el tiempo de espera para realizar la inversion de giro, una vez transcurrido

el tiempo se acciona la marca Set M2.

83

Figura 4.28 Tiempo de espera para la inversión de giro.

Fuente Los autores

Transcurrido el tiempo de espera, se activa la marca y un flanco positivo del Set M2

para iniciar el giro del motor en sentido contrario y a la vez resetear la marca M1.

Figura 4.29 Marcha del motor en sentido contrario.

Fuente Los autores

Luego el contacto M2 activa el temporizador TON, transcurre el tiempo y se activa la

marca Set M3.

Figura 4.30 Programación de tiempo de parada automática.

Fuente Los autores

84

Se activa un flanco positivo de M3 que sirve de paro del motor y se programa un

temporizador TON para reiniciar la secuencia.

Figura 4.31 Reinicio de secuencia.

Fuente Los autores

El contacto I0.3 (Paro) resetea todas las marcas utilizadas en la programación.

Figura 4.32 Reset de marcas del programa.

Fuente Los autores

85

4.3 Práctica 3: Escritura de palabras desde PLC Twido (Máster) hacia un PLC

Twido (Esclavo) para la activación de una secuencia de luces

4.3.1 Objetivos

- Comunicación Modbus entre el PLC Twido (Máster) y el PLC Twido (Esclavo).

- Configuración para la escritura de palabras desde un PLC Máster.

- Realizar una programación en Ladder para una secuencia de luces indicadoras.


La práctica consiste en configurar un PLC Twido (Máster) con un PLC Twido

(Esclavo) mediante la comunicación Modbus, se realiza una programación con lógica

de contacto de una secuencia de luces indicadoras que se visualizan en el PLC Twido

(Esclavo). Programado en el software Twido Suite.





Fuente Los autores

86

Se observa el inicio de la secuencia, la entrada I0.1 será la marcha que activará la salida

Set Q0.1 y a su vez resetea la marca M3. Se tiene un contacto cerrado de paro, y una

marca M4 que es el bloqueo de inicio nuevamente.

Figura 4.34 Activación de indicadores en Twido (Maestro).

Fuente Los autores

Se programa el tiempo de espera en el temporizador TON 1 para activar la salida Set

Q0.2, luego activará un contacto Q0.2 para desactivar la salida Q0.1.

Figura 4.35 Programación de tiempo de espera en el Temporizador.

Fuente Los autores

87

Una vez que transcurre el tiempo de espera el temporizador activa la salida Q0.2 y un

contacto Q0.2 para reseteo de la salida Q0.1 y la marca M4. Tambien se activa el

temporizador TON 2 que acciona una salida Set Q0.3.

Figura 4.36 Desactivación salida Q0.1 y activación de conteo de tiempo de espera.

Fuente Los autores

Activada la salida Set Q0.3 se resetea la salida Q0.2 y el temporizador TON 3 que

setea a la marca M0 del PLC Twido (Esclavo).

Figura 4.37 Desactivación salida Q0.2 y activación del Temporizador 3

Fuente Los autores

88

El contacto M0 resetea a Q0.3 y activa un temporizador TON 4 que setea una marca

M1 del Twido (Esclavo).

Figura 4.38 Activación de indicadores en Twido (Esclavo).

Fuente Los autores

Activada la salida M1 se cierra un contacto de la misma, la cual resetea M0. Un

contacto M1 activa al temporizador TON 5 y setea M2.

Figura 4.39 Desactivación de salida M0 e inicio de conteo del Temporizador 5.

Fuente Los autores

89

Se observa que el contacto M2 resetea la salida M1 y activa un Temporizador TON 6

que setea la marca M3.

Figura 4.40 Desactivación de salida Q0.2 del Twido (Esclavo) e inicio de conteo del

Temporizador 6

Fuente Los autores

En la siguiente figura 4.41 se observa la configuración de parámetros de los

temporizadores.

Los pasos a seguir son los siguientes:

>Programar >Configurar >Configurar datos >Bloques funcionales.

Después se define los objetos de los bloques funcionales que se describen a

continuación:



- En el ícono base se estable la base de tiempo por ejemplo (1 s, 100 ms, 10 ms,

1 ms).

90


Fuente Los autores

En la siguiente rutina se activan por intervalos de tiempo y de manera consecutiva los

contactos M0, M1 y M2, al activarse se escribe un valor hexadecimal en la marca

MW10 que se enviará al PLC Twido (Esclavo) por medio de la red Modbus.

Figura 4.42 Tabla de escritura de bits en PLC Twido (Esclavo).

Fuente Los autores

91

Configurados los valores de los temporizadores que se utilizan en el proyecto, se carga

un valor asignado en la variable de memoria MW18, este valor es leído desde el PLC

Twido (Esclavo).


Fuente Los autores

Se muestra la tabla de lectura de palabras en el PLC Twido (Esclavo) para la activación

de la secuencia de luces indicadoras. Se toma como referencia la Tabla 11.

Figura 4.44 Lectura de palabras en PLC Twido (Esclavo)

Fuente Los autores

92

En la figura 4.45 se observa los contactos de las salidas del Twido y Zelio, se colocó

en paralelo los contactos de dichas salidas. Cuando se active la secuencia de encendido

de cada una de las salidas se activará la marca M4 que es el bloqueo de la entrada I0.0

del inicio de secuencia.

Figura 4.45 Activación de marca M4 para el bloque de secuencia.

Fuente Los autores

El contacto I0.3 (Paro) resetea todas las marcas utilizadas en la programación.

Figura 4.46 Reset de todas las marcas del programa.

Fuente Los autores

Se establece la frecuencia desde el PLC Twido (Esclavo), se compara los valores de

los setpoints, para el encendido de la secuencia de luces.

Figura 4.47 Setpoint de Generación de Frecuencia.

Fuente Los autores

93

4.4 Práctica 4: Escritura y lectura de palabras, bits desde PLC Twido (Máster)

hacia PLC Zelio (Esclavo) y Variador de Frecuencia (Esclavo)

4.4.1 Objetivos

- Comunicación Modbus entre el PLC Twido (Máster) hacia PLC Zelio

(Esclavo) y Variador de Frecuencia ATV 312 (Esclavo).

- Configuración para escritura y lectura de palabras desde un PLC (Máster) hacia

los Esclavos Zelio y Variador.

- Realizar una programación en el Software Twido Suite utilizando una lógica

de contactos para efectuar una secuencia de luces.

- Realizar una programación en el Software Zelio Soft, para la generación de

revoluciones para el funcionamiento de un motor mediante tiempos de espera.


La práctica consiste en configurar un PLC Twido (Máster) con un PLC Zelio (Esclavo)

y un Variador de frecuencia ATV312 (Esclavo), mediante la comunicación Modbus,

se realiza una programación en Ladder para efectuar una secuencia de luces que se

visualizan en las salidas de los PLC´s de forma simultánea y relacionada con el

variador de frecuencia.




Figura 4.48 Descripción de modelo de PLC y elementos Modbus.

Fuente Los autores

94

Se configuran los Macros con sus parámetros predeterminados para el control del

variador a través de Modbus, utilizando las siguientes funciones:






D_CLEAR_ERR sirve para resetear errores.


Fuente Los autores

Se ejecuta las Macros que se han configurado para establecer la comunicación con el

variador, en la palabra 104 se escribe la consigna de frecuencia al VDF y se guarda en

la marca MW7.

95

Figura 4.50 Escritura de palabras y bits en el variador.

Fuente Los autores

Se observa que el contaco I0.1 es la marcha o arranque del motor y el contacto I0.3

es el paro del motor.

Figura 4.51 Marcha y paro del motor.

Fuente Los autores

En la rutina se muestra la tabla de lectura de palabras en el PLC Zelio para la activación

de la secuencia de luces indicadoras. Se toma como referencia la Tabla 9. Se lee la

96

primera palabra (#14) que corresponde a la salida del módulo de comunicación

Modbus del Zelio.

Figura 4.52 Lectura de palabras en PLC Zelio.

Fuente Los autores

Se crea un programa con compuertas lógicas en el software Zelio Soft para la

generación de frecuencias automáticas, en la figura 4.53 se tiene 2 entradas digitales,

una de marcha y la otra de paro.

También se dispone de una entrada Modbus J1 que lee una palabra de 16 bits, pero en

la lectura solo se necesita 2 bits, por tal motivo se usó un convertidor de palabras a bit.

97

Figura 4.53 Marcha, Paro y conversión de palabras a bits.

Fuente Los autores

Una vez que se dio marcha, comienza la secuencia de generación de frecuencia

automatica mediante temporizadores. Es un proceso tipo escalera, cuando inicia el

temporizador TON 1 activa un bloque por un tiempo 10s, envia una frecuencia de 350

RPM hacia la marca MW14, luego se desactiva el temporizador TON 1 y se activa el

temporizador TON 2 que activa un bloque por un tiempo 10s, se envia una frecuencia

de 700 RPM hacia la marca MW14, luego se desactiva el temporizador TON 2 y se

activa el temporizador TON 3 que activa un bloque por un tiempo 10s, envia una

frecuencia de 1050 RPM hacia la marca MW14, luego se desactiva el temporizador

98

TON 3 y se activa el temporizador TON 4 que activa un bloque por un tiempo de 10s,

envia una frecuencia de 1400 RPM hacia la marca MW14, una vez terminado el

proceso se reinicia automáticamente.

Figura 4.54 Generación de frecuencia automática.

Fuente Los autores

99

4.5 Práctica 5: Escritura y lectura de palabras, bits desde PLC Twido (Máster)

hacia los esclavos PLC Twido, 2 PLC Zelio y 2 Variadores de Frecuencia

4.5.1 Objetivos

- Comunicación Modbus entre el PLC Twido (Máster), PLC Twido (Esclavo),

2 PLC Zelio (Esclavos) y 2 Variadores de Frecuencia ATV312 (Esclavos).

- Configuración para escritura y lectura de palabras desde un PLC (Máster) hacia

los Esclavos.

- Realizar una programación en el software Twido Suite en lenguaje Ladder para

efectuar una secuencia de luces indicadoras.

- Realizar una programación en el Software Zelio Soft para la generación de

frecuencia y tiempos de espera, para el control vía Modbus de un variador de

frecuencia ATV312 que controla un motor trifásico.


La práctica consiste en configurar un PLC Twido (Máster) y 5 esclavos de tl

manera que se integren mediante el protocolo de comunicación Modbus, la

misma que activará todas las salidas de los PLC´s (Luces indicadoras) con una

secuencia de luces y la variación de velocidad de los motores con respecto al

tiempo programado de las luces indicadoras.




100

Figura 4.55 Descripción de PLC y elementos Modbus.

Fuente Los autores

Una vez que se configura el PLC se inicia la secuencia de programación de Marcha y

Paro, se activa la primera salida Q0.1 que activará el Temporizador TON 1 y a su vez

a la salida Q0.2.

Figura 4.56 Activación de indicadores en PLC Twido (Maestro).

Fuente Los autores

101

En la línea de programación se observa que el contacto Q0.2 desactiva la salida Q0.1

y a su vez activa el temporizador TON 2 que setea una salida Q0.3

Figura 4.57 Desactivación de salida y activación del Temporizador 2.

Fuente Los autores

Se observa que el contacto Q0.3 desactiva la salida Q0.2 y a su vez activa un

temporizador TON 3 para activar la salida 1 de Zelio y setea la salida 3 del Twido

(Máster).


Fuente Los autores

102

Se programa el tiempo de espera en un Temporizador TON 4 para setear la salida M1

y desactivar la salida M0 del PLC Zelio.


Fuente Los autores

Luego inicia el tiempo de espera en el Temporizador TON 5 para activar la salida M2

y desactivar la salida M1 del PLC Zelio.


Fuente Los autores

103

Se observa la programación del tiempo de espera en el Temporizador TON 6 que

setea M3 y resetea M2 del PLC Zelio.


Fuente Los autores

Se define el tiempo de espera en el Temporizador TON 7 para activar la salida M4 y

desactivar la salida M3 en el Twido (Esclavo).


Fuente Los autores

Seguido se configura el tiempo de espera en el Temporizador TON 8 para activar la

salida M5 y desactivar la salida M4 en el Twido (Esclavo).


Fuente Los autores

104

Después se ejecuta el tiempo de espera del Temporizador TON 9 para activar la salida

M6 y desactivar la salida M5 en el Twido (Esclavo).


Fuente Los autores

Luego de esperar la activación del Temporizador TON 10 se activa la salida M7 y se

desactiva la salida M6 en el Twido (Esclavo).


Fuente Los autores

Se programa el tiempo de espera en el Temporizador TON 11 para activar la salida


105


Fuente Los autores

Finalmente se realiza la configuración del Temporizador TON 12 para activar la salida



Fuente Los autores

106

Se observa los contactos M3, M4 y M5 que son los bits que se escriben y se guardan

en la marca MW68 del PLC Twido (Esclavo).

Figura 4.68 Bits que se escriben en Twido (Esclavo).

Fuente Los autores

En la siguiente figura 4.69 se observar la configuración de parámetros de los

temporizadores.

Los pasos a seguir son los siguientes:

>Programar >Configurar >Configurar datos >Bloques funcionales.

Después se define los objetos de los bloques funcionales que se describen a

continuación:



107

- En el ícono Base se establece la base de tiempo por ejemplo (1 s, 100 ms, 10

ms, 1 ms).


Fuente Los autores

Una vez configurado los valores en los temporizadores que se utilizan en el proyecto

se carga un valor asignado en la variable de memoria MW18, este valor es leído desde

el PLC Twido (Esclavo).

108


Fuente Los autores

Se configuran los Macros con sus parámetros predeterminados para el control del

variador a través de Modbus, utilizando las siguientes funciones:






D_CLEAR_ERR sirve para resetear errores

109


Fuente Los autores

Se ejecutan las Macros para establecer la comunicación con el variador, en la palabra

104 que se escribe la consigna de frecuencia al Variador de frecuencia 1 y se guarda

en la marca MW20.

Figura 4.72 Escritura de palabras y bits en el Variador 1.

Fuente Los autores

110

También se ejecutan las Macros configuradas para establecer la comunicación con el

variador, en la palabra 154 que se escribe la consigna de frecuencia al Variador de

frecuencia 2 y se guarda en la marca MW20.

Figura 4.73 Escritura de palabras y bits en el Variador 2.

Fuente Los autores

Se muestra la tabla de escritura de bits en el PLC Zelio 1 para la activación de la

secuencia de luces indicadoras. Se toma como referencia la Tabla 11. Se escribe la

palabra MW10 que corresponde a la primera palabra de entrada del módulo de

comunicación Modbus del PLC Zelio.

Figura 4.74 Tabla de escritura de bits en PLC Zelio 1.

Fuente Los autores

111

En esta rutina se muestra la tabla de escritura de bits en el PLC Zelio 2 de la misma

forma que describió para el Zelio 1.

Figura 4.75 Tabla de escritura de bits en PLC Zelio 2.

Fuente Los autores

Se muestra la tabla de escritura de bits en el PLC Twido (Esclavo) para la activación

de la secuencia de luces. Se toma como referencia la Tabla 11.

Figura 4.76 Tabla de escritura de bits en PLC Twido (Esclavo).

Fuente Los autores

112

A continuación se observa la gestión de envío de datos de la tabla de escritura de bits

y palabras en el PLC Zelio 1.

Figura 4.77 Gestión de envío de datos de escritura de un bit.

Fuente Los autores

Figura 4.78 Gestión de envío de datos de lectura de palabras.

Fuente Los autores

También se puede observar la gestión de envío de datos de la tabla de escritura de bit

en el PLC Zelio 2 y envío de escritura de un bit para el Twido (Esclavo).

Figura 4.79 Gestión de envío de datos de escritura de un bit Zelio 2.

Fuente Los autores

113

Figura 4.80 Gestión de envío de datos de escritura de un bit Twido (Esclavo).

Fuente Los autores

En la siguiente rutina se estable la frecuencia desde PLC Zelio, con el selector de 3

posiciones se compara los valores de los setpoint del Variador de frecuencia.

Figura 4.81 Setpoints de Variador de Frecuencia.

Fuente Los autores

114

Se observa el paro de secuencia y reseteo de todas las salidas y marcas utilizadas en la

programación.

Figura 4.82 Paro de secuencia, reset de salidas y marcas.

Fuente Los autores

Se visualizan las salidas y marcas que activan M11, mientras una salida o marca se

encuentra activa, el botón de inicio de secuencia queda desactivado.

Figura 4.83 Bloqueo de entrada I0.1.

Fuente Los autores

115

Establecer la frecuencia desde el PLC Twido (Esclavo), se compara los valores de los

setpoints para el encendido de la secuencia de luces.

Figura 4.84 Comparación de tiempos de setpoints.

Fuente Los autores

Se crea un programa en el software Zelio Soft. Se escribe una palabra en la entrada

Modbus J1 desde el Twido (Maestro) hacia el PLC Zelio 1, se utilizó un convertidor

de palabras a bits para la activación de las salidas.

Figura 4.85 Conversión de palabra a bit en Zelio Soft.

Fuente Los autores

116

Se programa en el software Zelio Soft. Se escribe una palabra en la entrada Modbus

J1 desde el Twido (Maestro) hacia el PLC Zelio 2, se utiliza un convertidor de palabras

a bits para la activación de las salidas, con las compuertas B15 y B16, luego se activa

un número en cada posición que será leído en la marca MW14 del PLC Zelio, y esa

marca será el tiempo de codificación del temporizador para el aumento de velocidad

de las luces y del motor.

Figura 4.86 Codificación de temporizadores para variación de velocidad.

Fuente Los autores

117

CONCLUSIONES

- Con la implementación de las maletas didácticas se pudo demostrar de manera

práctica y física el protocolo de comunicación industrial Modbus, que es utilizado en

diferentes aplicaciones industriales.

- Se demostró la eficacia de la comunicación (Maestro - Esclavo) mediante la lectura

y escritura de bits y palabras desde un PLC Maestro hacia los dispositivos Esclavos,

entre equipos que contienen el módulo de comunicación Modbus y poder comandar

dispositivos como: luces indicadoras y motores trifásicos.

- Cada maleta didáctica contiene un total de 8 entradas y 6 salidas digitales, un motor

trifásico controlado por un variador de frecuencia y su respectivo paro de emergencia,

los mismos que servirán para las prácticas de laboratorio referente a la comunicación

Modbus.

118

RECOMENDACIONES

- Se recomienda el correcto direccionamiento de los Esclavos declarados en la

configuración de la red Modbus, para que el PLC Maestro realice el reconocimiento

de todos los elementos Modbus utilizados y evitar errores antes de iniciar con la

aplicación.

- Al realizar las prácticas de comunicación con el Variador de Frecuencia ATV312

considerar los datos de placa del motor para la configuración del Variador ya que al

no hacerlo provocaría daños en el equipo. Igualmente al momento de desarrollar la

programación no sobrepasar las revoluciones del motor trifásico, ya que provocaría un

aumento de corriente y sobrecarga al motor.

- Las maletas didácticas disponen de entradas y salidas digitales disponibles para

futuras ampliaciones o modificaciones que se deseen hacer en la maleta didáctica. Por

lo que se recomienda revisar las fichas técnicas de cada uno de los equipos previo a

cualquier aplicación que se desee desarrollar para un mejor funcionamiento y evitar

daños a los mismos.

119

CRONOGRAMA

ACTIVIDADES

SEMANALES

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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14

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16

17

18

19

20

21

22

23

24

Introducción al protocolo

Modbus e investigación de ficha

técnica de los equipos a utilizar

Compra y adquisición de equipos

autómatas y módulos de

comunicación

Diseño y construcción de maleta

didáctica metálica

Acoplamiento de equipos en

maleta

Cableado y montaje de equipos

en maleta didáctica

Configuración de equipos

Pruebas de funcionamiento

Realización de correcciones y

modificaciones

Presentación del funcionamiento

general de cada módulo didáctico

Desarrollo teórico.

120

PRESUPUESTO

El presupuesto para la realización de este proyecto fue asumido por los autores:

- Eddy Delgado

- Jefferson Gallegos

Los mismos que se detallan a continuación en la siguiente tabla:

UNIDAD DESCRIPCIÓN VALOR

2

Diseños y ensamblajes de maletas de

entrenamiento $ 1300

2 Autómatas Programables Twido $ 700

2 Relés inteligentes Zelio $ 300

2 Módulos de comunicación Modbus Twido $ 100

2 Módulos de comunicación Modbus Zelio $ 250

2

Guarda-motores Schneider y equipos de

protección eléctrica. $ 380

2 Cables de comunicación para PC- Twido $ 350

2 Cables de comunicación para PC- Zelio $ 300

2 Variadores de frecuencia ATV312 $ 800

2 Motores asíncronos Siemens $ 400

2 Transformadores General Electric $ 400

2 Fuentes de poder 24VDC $ 100

Materiales eléctricos para implementación

de equipos en maleta didáctica $ 1200

Global Transportes y Varios $ 800

TOTAL $ 7.380

121

REFERENCIAS

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2015, de http://www.schneider-electric.com/products/cl/ls/2800-reles-de-

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Guide.Recuperado el 15 de 08 de 2014, de TwidoSuite V2.3 Programming

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122

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http://es.slideshare.net/PaulGlvez/modbus-39533348





http://es.slideshare.net/PaulGlvez/modbus-39533348

123

ANEXOS

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DISEÑO DE MALETA DIDÁCTICA EN AUTOCAD 3D

Vista frontal de la maleta didáctica con sus respectivas cubiertas.

Dimensiones internas y externas de la maleta didáctica. Peso de la maleta didáctica

30,6 Kg (67,5 lbs.)

137

Vista posterior de la maleta didáctica sin cubierta trasera.

Vista de frente de la maleta didáctica sin cubierta frontal.

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149

Documents

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE …dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/10386/1/UPS-GT001418.pdf · Amigos y amigas que aportaron con detalles considerables para el desarrollo